WO2016193436A1 - Halbleiterfotodiode - Google Patents

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doping
contact layer
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PCT/EP2016/062661
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Patrick Runge
Tobias BECKERWERTH
Sten SEIFERT
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    • H10F77/40—Optical elements or arrangements

Definitions

  • the invention relates to a semiconductor photodiode according to the preamble of claim 1 and to a method for producing a semiconductor photodiode according to the preamble of claim 16.
  • Semiconductor photodiodes are known from the prior art, which are used for receiving optical data signals, for example. Such semiconductor photodiodes have, in particular, a pin diode structure, into which light is coupled, for example via an integrated optical waveguide.
  • avalanche photodiodes (avalanche photodiodes) are known which, in addition to an intrinsic layer (absorber layer), have a multiplier layer for amplifying the charge carriers generated in the absorber layer.
  • Such an avalanche photodiode is described, for example, in the article M. Nada et al., "Design and Performance of High Speed Avalanche Photodiodes for 100 Gb / s Systems and Beyond", IEEE J. Lightwave Technol.
  • the n-contact is arranged above the absorber layer, while the p-contact is located below the absorber layer, but such diode structures can have the disadvantage that
  • the problem to be solved by the invention is to provide a reliable and nevertheless efficient semiconductor photodiode.
  • an optical waveguide via which light can be coupled evanescently into the light-absorbing layer
  • a doped contact layer disposed between the light-absorbing layer and the optical waveguide
  • the optical waveguide at least partially has a doping, which generates a diffusion of dopant of the contact layer in the optical waveguide (and in particular also a outdiffusion of dopant of the contact layer out of the contact layer out) counteracting diffusion barrier.
  • the optical waveguide is an integrated waveguide, ie it is formed by at least one semiconductor layer arranged on a substrate in a manner known per se.
  • the waveguide is also arranged and arranged relative to the light-absorbing layer (the absorber layer) such that light from the waveguide can be coupled over into the light-absorbing layer by evanescent coupling.
  • the evanescent coupling takes place over a section of the waveguide which is located below the light-absorbing layer.
  • the light coupling over from the waveguide into the light-absorbing layer propagates (for example at least approximately perpendicularly) into the light-absorbing layer, in particular at an angle to the waveguide, and passes at least partially through the light absorptive layer and the optical waveguide doped contact layer therethrough.
  • the doping of the optical waveguide ensures a blocking of diffusion of the dopant of the contact layer out of the contact layer and into the optical waveguide and thus counteracts, in particular, a deterioration of the electrical properties of the photodiode. It can thus be achieved as high as possible intrinsic sensitivity of the photodiode, whereby less gain (electrical amplification) is required, which in turn leads to less noise and thus to a possible higher RF bandwidth of the photodiode.
  • the doping of the optical waveguide has only a slight influence on its optical properties, so that an efficient evanescent coupling out of the waveguide into the light-absorbing layer is possible despite the doping.
  • the invention may enable the realization of an avalanche photodiode having a coupling coefficient for the coupling between the waveguide and the light-absorbing layer, which is comparable to that of a p-i-n photodiode.
  • the doping of the waveguide extends in particular in at least one region of the waveguide facing the light-absorbing layer, specifically along its longitudinal direction. It is possible that the doping is present over the entire length of the waveguide. However, it is also conceivable that the doping extends only over part of the waveguide length; e.g. only the region of the waveguide is provided with the doping, which is located below the light-absorbing layer.
  • the optical waveguide ie its core and / or cladding layer (s), of course, can have further dopings in addition to the doping for producing the diffusion barrier.
  • the doping of the optical waveguide is in particular a doping complementary to the doping of the contact layer.
  • the contact layer is p-doped, so that the optical waveguide is correspondingly provided with an n-type doping to produce the diffusion barrier.
  • the reverse case is also conceivable, namely that the contact layer is n-doped and the waveguide is p-doped.
  • the optical waveguide in a first, the contact layer facing region (eg the waveguide core) acting as a diffusion barrier doping and in a second region (eg also of the waveguide core) no or one of the doping to produce the diffusion barrier have different doping.
  • the first and second regions are formed of the same material.
  • the second area is formed of a different material than the first area.
  • the first region comprises e.g. the waveguide core and the second area the waveguide cladding.
  • the waveguide cladding is formed by a doped substrate of the photodiode so that the second region is formed by a portion of the substrate. It is conceivable that the substrate is a semi-insulating substrate and that the second region of the waveguide is consequently also semi-insulating.
  • a blocking layer between the contact layer and the optical waveguide, which acts as an additional diffusion barrier against diffusion of dopant of the contact layer into the optical waveguide.
  • the blocking layer has, analogously to the optical waveguide, in particular a doping which is complementary to the doping of the contact layer.
  • the blocking layer has an n-type doping.
  • a further, complementarily doped contact layer is located on a side of the light-absorbing layer facing away from the contact layer.
  • the further contact layer is correspondingly n-doped in particular if the contact layer arranged between the waveguide and the light-absorbing layer has a p-type doping.
  • the semiconductor photodiode according to the invention is in particular an avalanche photodiode (avalanche photodiode), wherein in particular a multiplier layer is arranged on a side of the light-absorbing layer facing away from the contact layer and in particular between the light-absorbing layer and the further contact layer.
  • avalanche photodiode avalanche photodiode
  • the optical waveguide is in particular formed in a manner known per se in the form of a rib or strip waveguide.
  • the optical waveguide can be arranged at least partially (for example its at least one core layer) on a (in particular semi-insulating) substrate (eg grown on the substrate) and / or at least partially (for example its at least one Sheath layer) may be formed by the (in particular semi-insulating) substrate.
  • a substrate made of indium phosphide is used, wherein the contact layer and the optical waveguide, at least its waveguide core, are formed from an InGaAsP layer.
  • the invention is not limited to specific materials. It is conceivable, e.g. also that a silicon substrate is used.
  • the refractive index of the contact layer is greater than the refractive index of the optical waveguide or the refractive index of the light-absorbing layer is greater than the refractive index of the optical waveguide. This serves, in particular, to realize the most efficient possible coupling between the optical waveguide and the light-absorbing layer.
  • the semiconductor photodiode according to the invention can be used, for example, as a receiver in optical communications technology (ie as a component of a data transmission system). be set (in particular as a receiver for short transmission distances, such as in burst mode mode).
  • the invention also relates to a method for producing a semiconductor photodiode, in particular as described above, with the steps:
  • the figure shows a sectional view through a semiconductor photodiode according to the invention.
  • the semiconductor photodiode 1 shown in Figure 1 a diode portion 1 1 and an optical waveguide 12, is coupled into the light L and guided to the diode portion 1 1.
  • Der Diodeabêt 1 1 ist über Stamm Licht von den LI.
  • the waveguide 12 has at least one core layer 121 grown on a substrate 2 (eg made of semi-insulating InP) (eg an InGaAsP layer), wherein a portion of the substrate 2 adjoining the core layer 121 forms a cladding layer of the waveguide 12.
  • a substrate 2 eg made of semi-insulating InP
  • InGaAsP layer an InGaAsP layer
  • the invention is not limited to a particular embodiment of the waveguide 12.
  • the diode section 1 1 of the semiconductor photodiode 1 is arranged on a partial region (in particular an end region) of the waveguide 12, wherein light is coupled by evanescent coupling from the waveguide 12 into the diode section 11.
  • light from the waveguide 12 couples into a (particularly intrinsic) light absorbing layer 11 (eg, an InGaAs layer) of the diode portion 11.
  • the light-absorbing layer 1 1 1 is a layer of a layer package, which forms an avalanche photodiode and corresponding to the light-absorbing layer 1 1 1 a highly doped n-contact layer 1 12 (for example, a n ++ -lnAlAs layer) and a between the light-absorbing layer 1 1 1 (the absorber) and the optical waveguide 12 arranged highly doped p-contact layer 1 13 (eg in the form of a p ++ - InGaAsP layer).
  • n-contact layer 1 12 for example, a n ++ -lnAlAs layer
  • p-contact layer 1 13 eg in the form of a p ++ - InGaAsP layer
  • the n-contact (formed by the n-contact layer 1 12) of the photodiode is at the top, while the p-contact (formed by the p-contact layer 1 13) is formed as an inner layer of the layer package.
  • the layer package of the diode section 1 1 furthermore has a multiplier layer 1 15 (for example in the form of an InAlAs layer) arranged between the light-absorbing layer 1 1 1 and the n-contact layer 1 12, for amplifying the light-absorbing layer 11 1 used in light incident charge carrier is used.
  • a multiplier layer 1 15 for example in the form of an InAlAs layer
  • the mode of operation of an avalanche photodiode is known per se, so that it will not be discussed further here.
  • the p-type contact layer 1 13 is highly doped, which tends to cause dopant (e.g., Zn) to diffuse out of the p-type contact layer 13 into the underlying waveguide 12, thereby degrading the performance of the photodiode 1.
  • dopant e.g., Zn
  • Zn dopant
  • the diode portion 1 1 in particular in the p-contact layer 1 13 and possibly also in the light-absorbing layer 1 1 1
  • the possibility of diffusing dopant from the p-contact layer 1 13 and / or the waveguide 12 is in particular incompatible with dopants such as Zn and Fe.
  • the diode portion 1 1 (and thus the contact layer 1 13) facing (upper) sub-layer 121 1 of the core layer 121 of the optical waveguide 12 is provided with a doping, the diffusion of dopant of the contact layer 1 13 in the waveguide 12th counteracts.
  • the doping is a doping complementary to the doping of the p-contact layer 13. tion, ie an n-doping.
  • a lower sub-layer 1212 of the core layer 121 does not have this n-doping or only in a lower concentration. It is conceivable, however, that the partial layer 1212 is semi-insulating, ie has a different doping.
  • the upper sub-layer 121 1 is an n + -lnGaAsP layer
  • the lower sub-layer 1212 is a semi-insulating InGaAsP layer.
  • the diffusion-blocking upper sub-layer 121 1 of the waveguide has a thickness in the range of 100 to 200 nm.
  • the n-doping of the waveguide 12 essentially produces a change in the electrical properties of the waveguide 12, i. the mentioned blocking effect against outdiffusion of dopant from the p-contact layer 1 13 and / or from the waveguide 12, while the optical properties of the waveguide 12, which are predetermined primarily by the material composition of the waveguide layers, by the doping only to a small extent to be changed.
  • the evanescent coupling of the light into the diode section 12 is not or only slightly impaired by the doping of the waveguide 12.
  • a blocking layer 1 14 is arranged, which has a doping of the p-contact layer 1 13 complementary doping (ie, an n-type doping) analogous to the waveguide 12 to a diffusion of dopant the p-contact layer 1 13 in the optical waveguide 12 further counteract.
  • the blocking layer 1 14 consists of the same material as the upper (diffusion-blocking) sub-layer 121 1 of the waveguide 12, for example of n + -lnGaAsP.
  • the blocking layer 1 14 is only optional, ie as a diffusion barrier, the doping of the waveguide 12 could be sufficient. It is possible, in particular, that the blocking layer 14 has a smaller thickness than the doped, diffusion-blocking region (ie the sub-layer 121 1) of the waveguide 12.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Halbleiterfotodiode, mit einer lichtabsorbierenden Schicht (111); einem optischen Wellenleiter (12), über den Licht (L) evaneszent in die lichtabsorbierende Schicht (111) einkoppelbar ist, und einer zwischen der lichtabsorbierenden Schicht (111) und dem optischen Wellenleiter (12) angeordneten dotierten Kontaktschicht (113). Erfindungsgemäß weist der optische Wellenleiter (12) zumindest abschnittsweise eine Dotierung auf, die eine einem Eindiffundieren von Dotierstoff der Kontaktschicht (113) in den optischen Wellenleiter (12) entgegenwirkende Diffusionsbarriere erzeugt. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterfotodiode.

Description

Halbleiterfotodiode
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Halbleiterfotodiode gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterfotodiode gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 16.
Aus dem Stand der Technik sind Halbleiterfotodioden bekannt, die etwa zum Empfang von optischen Datensignalen eingesetzt werden. Derartige Halbleiterfotodioden weisen insbesondere eine p-i-n-Diodenstruktur auf, in die Licht z.B. über einen integriertoptischen Wellenleiter eingekoppelt wird. Darüber hinaus sind Avalanche-Fotodioden (Lawinen-Fotodioden) bekannt, die neben einer intrinsischen Schicht (Absorberschicht) eine Multiplikatorschicht zum Verstärken der in der Absorberschicht erzeugten Ladungsträger aufweisen. Eine derartige Lawinen-Fotodiode ist zum Beispiel in dem Artikel M. Nada et al., „Design and Performance of High-Speed Avalanche Photodiodes for 100-Gb/s Systems and Beyond", IEEE J. Lightwave Technol. 33, 984 (2015) offenbart. Um ein Ein- koppeln von Licht über den n-Kontakt und die Multiplikatorschicht zu vermeiden, ist der n-Kontakt oberhalb der Absorberschicht angeordnet, während sich der p-Kontakt unterhalb der Absorberschicht befindet. Derartige Diodenstrukturen können jedoch den Nachteil haben, dass ein Ausdiffundieren von Dotierstoff insbesondere der p- Kontaktschicht in angrenzende Schichten auftritt. Das von der Erfindung zu lösende Problem besteht darin, eine möglichst zuverlässige und dennoch effiziente Halbleiterfotodiode zu schaffen.
Dieses Problem wird durch die Halbleiterfotodiode mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch das Verfahren gemäß Anspruch 16 gelöst. Weiterbildungen der Erfin- dung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Danach wird eine Halbleiterfotodiode bereitgestellt, mit
einer lichtabsorbierenden Schicht;
einem optischen Wellenleiter, über den Licht evaneszent in die lichtabsorbierende Schicht einkoppelbar ist;
einer zwischen der lichtabsorbierenden Schicht und dem optischen Wellenleiter angeordneten dotierten Kontaktschicht,
- wobei der optische Wellenleiter zumindest abschnittsweise eine Dotierung aufweist, die eine einem Eindiffundieren von Dotierstoff der Kontaktschicht in den op- tischen Wellenleiter (und insbesondere auch einem Ausdiffundieren von Dotierstoff der Kontaktschicht aus der Kontaktschicht heraus) entgegenwirkende Diffusionsbarriere erzeugt.
Der optische Wellenleiter ist ein integrierter Wellenleiter, d.h. er ist durch mindestens eine auf einem Substrat angeordnete Halbleiterschicht in an sich bekannter Weise ausgebildet. Der Wellenleiter ist zudem so beschaffen und relativ zu der lichtabsorbierenden Schicht (der Absorberschicht) angeordnet, dass Licht aus dem Wellenleiter in die lichtabsorbierende Schicht per evaneszenter Kopplung überkoppeln kann. Insbesondere erfolgt die evaneszente Kopplung über einen Abschnitt des Wellenleiters, der sich unterhalb der lichtabsorbierenden Schicht befindet. Somit breitet sich das aus dem Wellenleiter in die lichtabsorbierende Schicht überkoppelnde Licht insbesondere unter einem Winkel zum Wellenleiter (zum Beispiel zumindest näherungs- weise senkrecht) bis in die lichtabsorbierende Schicht hinein aus und tritt zumindest teilweise durch die zwischen der lichtabsorbierenden Schicht und dem optischen Wellenleiter angeordnete dotierte Kontaktschicht hindurch.
Die Dotierung des optischen Wellenleiters sorgt für ein Blockieren einer Diffusion des Dotierstoffs der Kontaktschicht aus der Kontaktschicht heraus und in den optischen Wellenleiter hinein und wirkt so insbesondere einer Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften der Fotodiode entgegen. Es kann somit eine möglichst hohe intrinsische Empfindlichkeit der Fotodiode erreicht werden, wodurch weniger Gain (elektrische Verstärkung) erforderlich ist, was wiederum zu weniger Rauschen und damit zu einer möglichen höheren HF-Bandbreite der Fotodiode führt.
Die Dotierung des optischen Wellenleiters beeinflusst jedoch nur in geringem Maße seine optischen Eigenschaften, so dass eine effiziente evaneszente Kopplung aus dem Wellenleiter hinaus in die lichtabsorbierende Schicht hinein trotz der Dotierung möglich ist. Beispielsweise kann die Erfindung die Realisierung einer Lawinen- Fotodiode ermöglichen, die einen Kopplungskoeffizienten für die Kopplung zwischen dem Wellenleiter und der lichtabsorbierenden Schicht aufweist, die mit demjenigen einer p-i-n-Fotodiode vergleichbar ist. Die Dotierung des Wellenleiters erstreckt sich insbesondere zumindest in einem der lichtabsorbierenden Schicht zugewandten Bereich des Wellenleiters und zwar insbesondere entlang dessen Längsrichtung. Möglich ist, dass die Dotierung über die gesamte Länge des Wellenleiters vorhanden ist. Denkbar ist jedoch auch, dass sich die Dotierung nur über einen Teil der Wellenleiterlänge erstreckt; z.B. ist nur der Bereich des Wellenleiters mit der Dotierung versehen, der sich unterhalb der lichtabsorbierenden Schicht befindet.
Möglich ist zudem, dass nur die Kernschicht (bzw. die Kernschichten) des optischen Wellenleiters die Dotierung aufweist und eine Mantelschicht des Wellenleiters zumin- dest im Wesentlichen undotiert bleibt. Dies ist jedoch nicht zwingend. Vielmehr kann sich die Dotierung auch nur in einer Mantelschicht des Wellenleiters befinden oder sowohl in der Kern- als auch in der Mantelschicht. Es wird zudem darauf hingewiesen, dass der optische Wellenleiter, d.h. seine Kern- und/oder Mantelschicht(en), neben der Dotierung zur Erzeugung der Diffusionsbarriere natürlich weitere Dotierungen auf- weisen kann.
Bei der Dotierung des optischen Wellenleiters handelt es sich insbesondere um eine zur Dotierung der Kontaktschicht komplementäre Dotierung. Beispielsweise ist die Kontaktschicht p-dotiert, so dass der optische Wellenleiter zum Erzeugen der Diffusi- onsbarriere entsprechend mit einer n-Dotierung versehen wird. Es ist allerdings prinzipiell auch der umgekehrte Fall denkbar, nämlich, dass die Kontaktschicht n-dotiert und der Wellenleiter p-dotiert ist.
Wie oben bereits angedeutet, kann der optische Wellenleiter in einem ersten, der Kon- taktschicht zugewandten Bereich (z.B. des Wellenleiterkerns) die als Diffusionsbarriere wirkende Dotierung und in einem zweiten Bereich (z.B. ebenfalls des Wellenleiterkerns) keine oder eine von der Dotierung zur Erzeugung der Diffusionsbarriere verschiedene Dotierung aufweisen. Beispielsweise sind der erste und der zweite Bereich aus demselben Material ausgebildet. Denkbar ist jedoch auch, dass der zweite Be- reich aus einem anderen Material als der erste Bereich ausgebildet ist.
So umfasst der erste Bereich z.B. den Wellenleiterkern und der zweite Bereich den Wellenleitermantel. Beispielsweise wird zumindest ein Teil des Wellenleitermantels durch ein dotiertes Substrat der Fotodiode ausgebildet, so dass der zweite Bereich durch einen Abschnitt des Substrats gebildet ist. Denkbar ist, dass es sich bei dem Substrat um ein semi-isolierendes Substrat handelt und der der zweite Bereich des Wellenleiters folglich ebenfalls semi-isolierend ausgebildet ist.
Möglich ist zudem, dass sich zwischen der Kontaktschicht und dem optischen Wellen- leiter eine Blockierschicht befindet, die als zusätzliche Diffusionsbarriere einem Eindiffundieren von Dotierstoff der Kontaktschicht in den optischen Wellenleiter entgegenwirkt. Die Blockierschicht weist analog zum optischen Wellenleiter insbesondere eine Dotierung auf, die komplementär zur Dotierung der Kontaktschicht ist. Insbesondere weist die Blockierschicht eine n-Dotierung auf. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung befindet sich auf einer der Kontaktschicht abgewandten Seite der lichtabsorbierenden Schicht eine weitere, komplementär dotierte Kontaktschicht. Die weitere Kontaktschicht ist entsprechend insbesondere n-dotiert, wenn die zwischen dem Wellenleiter und der lichtabsorbierenden Schicht angeordnete Kontaktschicht eine p-Dotierung aufweist.
Bei der erfindungsgemäßen Halbleiterfotodiode handelt es sich insbesondere um eine Lawinen-Fotodiode (Avalanche-Fotodiode), wobei insbesondere eine Multiplikatorschicht auf einer der Kontaktschicht abgewandten Seite der lichtabsorbierenden Schicht und insbesondere zwischen der lichtabsorbierenden Schicht und der weiteren Kontaktschicht angeordnet ist.
Der optische Wellenleiter ist insbesondere in an sich bekannter Weise in Form eines Rippen- oder Streifenwellenleiters ausgebildet. Darüber hinaus kann der optische Wel- lenleiter, wie oben bereits erwähnt, zumindest teilweise (etwa seine mindestens eine Kernschicht) auf einem (insbesondere semi-isolierenden) Substrat angeordnet (z.B. auf dem Substrat aufgewachsen) und/oder zumindest teilweise (etwa seine mindestens eine Mantelschicht) durch das (insbesondere semi-isolierende) Substrat ausgebildet sein.
Denkbar ist beispielsweise, dass ein Substrat aus Indiumphosphid verwendet wird, wobei die Kontaktschicht und der optische Wellenleiter, zumindest sein Wellenleiterkern, aus einer InGaAsP-Schicht ausgebildet sind. Die Erfindung ist natürlich nicht auf bestimmte Materialien beschränkt. Denkbar ist z.B. auch, dass ein Siliziumsubstrat verwendet wird.
Gemäß einer weiteren Variante der Erfindung ist der Brechungsindex der Kontaktschicht größer als der Brechungsindex des optischen Wellenleiters oder der Brechungsindex der lichtabsorbierenden Schicht ist größer als der Brechungsindex des optischen Wellenleiters. Dies dient insbesondere dazu, eine möglichst effiziente Kopplung zwischen dem optischen Wellenleiter und der lichtabsorbierenden Schicht zu realisieren.
Die erfindungsgemäße Halbleiterfotodiode kann z.B. als Empfänger in der optischen Nachrichtentechnik (d.h. als Komponente eines Datenübertragungssystems) einge- setzt werden (insbesondere als Empfänger für kurze Übertragungsstrecken, etwa im Burst-Mode-Betrieb).
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterfotodiode, ins- besondere wie oben beschrieben, mit den Schritten:
Erzeugen einer lichtabsorbierenden Schicht;
Erzeugen eines optischen Wellenleiters derart, dass über den optischen Wellenleiter Licht evaneszent in die lichtabsorbierende Schicht einkoppelbar ist;
- Erzeugen einer dotierten Kontaktschicht zwischen der lichtabsorbierenden Schicht und dem optischen Wellenleiter; und
Dotieren des optischen Wellenleiters derart, dass eine Diffusionsbarriere entsteht, die einem Eindiffundieren von Dotierstoff der Kontaktschicht in den optischen Wellenleiter entgegenwirkt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figur näher erläutert. Die Figur zeigt eine Schnittansicht durch eine erfindungsgemäße Halbleiterfotodiode. Danach weist die in Figur 1 dargestellte Halbleiterfotodiode 1 einen Diodenabschnitt 1 1 sowie einen optischen Wellenleiter 12 auf, in den Licht L eingekoppelt und zu dem Diodenabschnitt 1 1 geführt wird. Der Wellenleiter 12 weist mindestens eine auf einem Substrat 2 (z.B. aus semi-isolierendem InP) aufgewachsene Kernschicht 121 (z.B. eine InGaAsP-Schicht) auf, wobei ein an die Kernschicht 121 angrenzender Abschnitt des Substrats 2 eine Mantelschicht des Wellenleiters 12 ausbildet. Die Erfindung ist natürlich nicht auf eine spezielle Ausgestaltung des Wellenleiters 12 beschränkt. Denkbar ist z.B., dass zusätzliche Schichten zur Ausbildung des Wellenleiterkerns und/oder des Wellenleitermantels vorhanden sind. Der Diodenabschnitt 1 1 der Halbleiterfotodiode 1 ist auf einem Teilbereich (insbesondere einem Endbereich) des Wellenleiters 12 angeordnet, wobei Licht durch evaneszente Kopplung aus dem Wellenleiter 12 in den Diodenabschnitt 1 1 überkoppelt. Insbesondere koppelt Licht aus dem Wellenleiter 12 in eine (insbesondere intrinsische) lichtabsorbierende Schicht 1 1 1 (z.B. eine InGaAs-Schicht) des Diodenabschnitts 1 1 ein. Die lichtabsorbierende Schicht 1 1 1 ist eine Schicht eines Schichtpakets, das eine Lawinen-Fotodiode ausbildet und das entsprechend neben der lichtabsorbierenden Schicht 1 1 1 eine hochdotierte n-Kontaktschicht 1 12 (z.B. eine n++-lnAIAs-Schicht) sowie eine zwischen der lichtabsorbierenden Schicht 1 1 1 (dem Absorber) und dem optischen Wel- lenleiter 12 angeordnete hochdotierte p-Kontaktschicht 1 13 (z.B. in Form einer p++- InGaAsP-Schicht) umfasst. In dieser Konfiguration befindet sich somit der n-Kontakt (gebildet durch die n-Kontaktschicht 1 12) der Fotodiode oben, während der p-Kontakt (gebildet durch die p-Kontaktschicht 1 13) als innere Schicht des Schichtpaketes ausgeformt ist.
Das Schichtpaket des Diodenabschnitts 1 1 weist darüber hinaus eine zwischen der lichtabsorbierenden Schicht 1 1 1 und der n-Kontaktschicht 1 12 angeordnete Multiplikatorschicht 1 15 (z.B. in Form einer InAIAs-Schicht) auf, die zum Verstärken der in der lichtabsorbierenden Schicht 1 1 1 bei Lichteinfall erzeugten Ladungsträger dient. Die Funkti- onsweise einer Lawinen-Fotodiode ist jedoch an sich bekannt, so dass darauf an dieser Stelle nicht weiter eingegangen wird. Mit dem Anordnen der n-Kontaktschicht oben und der p-Kontaktschicht unten wird vermieden, dass das Licht aus dem Wellenleiter 12 durch den n-Kontakt und die Multiplikatorschicht 1 15 hindurch in die lichtabsorbierende Schicht 1 1 1 einkoppeln muss (was mit höheren optischen Verlusten verbunden wäre).
Die p-Kontaktschicht 1 13 ist hoch dotiert, wodurch die Gefahr besteht, dass Dotiermaterial (z.B. Zn) aus der p-Kontaktschicht 1 13 heraus in den darunterliegenden Wellenleiter 12 eindiffundiert, wodurch die Leistung der Fotodiode 1 beeinträchtigt würde. Gleichzeitig kann es in umgekehrter Richtung zu einem Eindiffundieren eines Dotierstoffs des Wellen- leiters 12, insbesondere eines Dotierstoffs (z.B. Fe) des Substrats 2, in den Diodenabschnitt 1 1 (insbesondere in die p-Kontaktschicht 1 13 und möglicherweise auch in die lichtabsorbierende Schicht 1 1 1 ) kommen. Die Möglichkeit eines Diffundierens von Dotierstoff aus der p-Kontaktschicht 1 13 und/oder des Wellenleiters 12 besteht insbesondere bei nicht miteinander verträglichen Dotierstoffen wie etwa Zn und Fe.
Aus diesem Grund ist zumindest eine dem Diodenabschnitt 1 1 (und damit der Kontaktschicht 1 13) zugewandte (obere) Teilschicht 121 1 der Kernschicht 121 des optischen Wellenleiters 12 mit einer Dotierung versehen, die einem Eindiffundieren von Dotierstoff der Kontaktschicht 1 13 in den Wellenleiter 12 hinein entgegenwirkt. Bei der Dotierung handelt es sich um eine zur Dotierung der p-Kontaktschicht 1 13 komplementäre Dotie- rung, d.h. um eine n-Dotierung. Eine untere Teilschicht 1212 der Kernschicht 121 weist diese n-Dotierung nicht oder nur in geringerer Konzentration auf. Denkbar ist jedoch, dass die Teilschicht 1212 semi-isolierend ausgebildet ist, d.h. eine andere Dotierung aufweist. So handelt es sich bei der oberen Teilschicht 121 1 z.B. um eine n+-lnGaAsP- Schicht und bei der unteren Teilschicht 1212 um eine semi-isolierende InGaAsP-Schicht. Beispielsweise weist die diffusionsblockierende obere Teilschicht 121 1 des Wellenleiters eine Dicke im Bereich von 100 bis 200 nm auf.
Die n-Dotierung des Wellenleiters 12 erzeugt im Wesentlichen eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften des Wellenleiters 12, d.h. den erwähnten Blockiereffekt gegenüber einem Ausdiffundieren von Dotierstoff aus der p-Kontaktschicht 1 13 und/oder aus dem Wellenleiter 12, während die optischen Eigenschaften des Wellenleiters 12, die in erster Linie durch die Materialzusammensetzung der Wellenleiterschichten vorgegeben sind, durch die Dotierung nur in geringem Maße verändert werden. Insbesondere wird die evaneszente Kopplung des Lichtes in den Diodenabschnitt 12 hinein durch die Dotierung des Wellenleiters 12 nicht oder nur in geringem Maße beeinträchtigt.
Zwischen der p-Kontaktschicht 1 13 und dem optischen Wellenleiter 12 ist zudem eine Blockierschicht 1 14 angeordnet, die analog zum Wellenleiter 12 eine zur Dotierung der p- Kontaktschicht 1 13 komplementäre Dotierung (also eine n-Dotierung) aufweist, um ein Eindiffundieren von Dotierstoff der p-Kontaktschicht 1 13 in den optischen Wellenleiter 12 weiter entgegenzuwirken. Insbesondere besteht die Blockierschicht 1 14 aus demselben Material wie die obere (diffusionsblockierende) Teilschicht 121 1 des Wellenleiters 12, z.B. aus n+-lnGaAsP. Die Blockierschicht 1 14 ist jedoch nur optional, d.h. als Diffusions- barriere könnte auch die Dotierung des Wellenleiters 12 ausreichen. Möglich ist insbesondere, dass die Blockierschicht 1 14 eine geringere Dicke aufweist als der dotierte, diffusionsblockierende Bereich (d.h. die Teilschicht 121 1 ) des Wellenleiters 12.
Bezugszeichenliste
1 Halbleiterfotodiode
2 Substrat
11 Diodenabschnitt
12 optischer Wellenleiter
111 lichtabsorbierende Schicht
112 n-Kontaktschicht
113 p-Kontaktschicht
114 Blockierschicht
115 Multiplikatorschicht
1211 obere Teilschicht
1212 untere Teilschicht

Claims

Patentansprüche
1 . Halbleiterfotodiode, mit
einer lichtabsorbierenden Schicht (1 1 1 );
- einem optischen Wellenleiter (12), über den Licht (L) evaneszent in die lichtabsorbierende Schicht (1 1 1 ) einkoppelbar ist;
einer zwischen der lichtabsorbierenden Schicht (1 1 1 ) und dem optischen Wellenleiter (12) angeordneten dotierten Kontaktschicht (1 13), dadurch gekennzeichnet, dass der optische Wellenleiter (12) zumindest abschnittsweise eine Dotierung aufweist, die eine einem Eindiffundieren von Dotierstoff der Kontaktschicht (1 13) in den optischen Wellenleiter (12) entgegenwirkende Diffusionsbarriere erzeugt.
2. Halbleiterfotodiode nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest abschnittsweise Dotierung des optischen Wellenleiters (12) komplementär zur Dotierung der Kontaktschicht (1 13) ist.
3. Halbleiterfotodiode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Dotierung der Kontaktschicht (1 13) um eine p-Dotierung handelt.
4. Halbleiterfotodiode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Dotierung des optischen Wellenleiters (12) zum Erzeugen der Diffusionsbarriere um eine n-Dotierung handelt.
5. Halbleiterfotodiode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Wellenleiter (12) in einem ersten, der Kontaktschicht (1 13) zugewandten Bereich (121 1 ) die als Diffusionsbarriere wirkende Dotierung und in einem zweiten Bereich (1212) eine weitere Dotierung aufweist.
6. Halbleiterfotodiode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Bereich (1212) aufgrund der weiteren Dotierung semi-isolierend ausgebildet ist.
7. Halbleiterfotodiode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich zwischen der Kontaktschicht (1 13) und dem optischen Wellenlei- ter (12) eine Blockierschicht (1 14) befindet, die als zusätzliche Diffusionsbarriere einem Eindiffundieren von Dotierstoff der Kontaktschicht (1 13) in den optischen Wellenleiter (12) entgegenwirkt.
8. Halbleiterfotodiode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Blockierschicht (1 14) eine zur Dotierung der Kontaktschicht (1 13) komplementäre Dotierung, insbesondere eine n-Dotierung, aufweist.
9. Halbleiterfotodiode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass auf einer der Kontaktschicht (1 13) abgewandten Seite der lichtabsorbierenden Schicht (1 1 1 ) eine weitere, komplementär dotierte Kontaktschicht (1 12) angeordnet ist.
10. Halbleiterfotodiode nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die weitere Kontaktschicht (1 12) n-dotiert ist.
1 1 . Halbleiterfotodiode nach einem der vorhergehenden Ansprüche soweit rückbezogen auf Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Halbleiterfotodiode (1 ) als Lawinen-Fotodiode ausgebildet ist, wobei eine Multiplikatorschicht (1 15) auf einer der Kontaktschicht (1 13) abgewandten Seite der lichtabsorbierenden Schicht (1 1 1 ) und zwischen der lichtabsorbierenden Schicht (1 1 1 ) und der weiteren Kontaktschicht (1 12) angeordnet ist.
12. Halbleiterfotodiode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn- zeichnet, dass der optische Wellenleiter (12) in Form eines Rippen- oder Streifenwellenleiters ausgebildet ist.
13. Halbleiterfotodiode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Wellenleiter (12) zumindest teilweise auf einem semi- isolierenden Substrat (2) angeordnet, insbesondere aufgewachsen, und/oder zumindest teilweise durch das semi-isolierende Substrat (2) ausgebildet ist.
14. Halbleiterfotodiode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Substrat (2) aus Indiumphosphid, wobei die Kontaktschicht (1 13) und der optische Wellenleiter (12) zumindest teilweise aus einer InGaAsP-Schicht ausgebildet sind.
15. Halbleiterfotodiode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Brechungsindex der Kontaktschicht (1 13) größer ist als der Brechungsindex des optischen Wellenleiters (12) und/oder der Brechungsindex der lichtabsorbierenden Schicht (1 1 1 ) größer ist als der Brechungsindex des optischen Wellenleiters (12).
16. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiterfotodiode, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten:
Erzeugen einer lichtabsorbierenden Schicht (1 1 1 );
- Erzeugen eines optischen Wellenleiters (12) derart, dass über den optischen Wellenleiter (12) Licht evaneszent in die lichtabsorbierende Schicht (1 1 1 ) einkoppelbar ist;
Erzeugen einer dotierten Kontaktschicht (1 13) zwischen der lichtabsorbierenden Schicht (1 1 1 ) und dem optischen Wellenleiter (12), gekennzeichnet durch
Dotieren des optischen Wellenleiters (12) derart, dass eine Diffusionsbarriere entsteht, die einem Eindiffundieren von Dotierstoff der Kontaktschicht (1 13) in den optischen Wellenleiter (12) entgegenwirkt.
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