WO2022053348A1 - Optoelektronische sensorzelle und optoelektronischer halbleitersensor - Google Patents

Optoelektronische sensorzelle und optoelektronischer halbleitersensor Download PDF

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WO2022053348A1
WO2022053348A1 PCT/EP2021/073952 EP2021073952W WO2022053348A1 WO 2022053348 A1 WO2022053348 A1 WO 2022053348A1 EP 2021073952 W EP2021073952 W EP 2021073952W WO 2022053348 A1 WO2022053348 A1 WO 2022053348A1
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filter layer
optoelectronic
sensor cell
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Jens Ebbecke
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01L31/035236—Superlattices; Multiple quantum well structures

Definitions

  • Optoelectronic semiconductor components can be suitable for both emitting and detecting electromagnetic radiation.
  • An optoelectronic sensor cell is able to record brightness values.
  • color filters are usually placed in front of the sensor cells and the associated brightness values are determined.
  • the object of the present invention is to provide an improved optoelectronic sensor cell, an improved optoelectronic semiconductor sensor and an improved sensor device.
  • An optoelectronic sensor cell comprises a semiconductor layer stack, which has a first semiconductor layer of a first conductivity type, an active zone for generating or absorbing radiation with a wavelength smaller than a first limit wavelength, and a second semiconductor layer of a second conductivity type.
  • the semiconductor layer stack also has a filter layer on a side of the first or second semiconductor layer that is remote from the active zone.
  • the filter layer contains a semiconductor material which is suitable for absorbing radiation with a wavelength smaller than a second limit wavelength, the second limit wavelength being smaller than the first limit wavelength.
  • the filter layer is not part of an electric circuit through which a voltage can be applied between the first and the second semiconductor layer. For example, is the filter layer is not connected to two components of such a circuit.
  • a layer thickness of the filter layer can be greater than 10 nm or also greater than 20 nm.
  • the layer thickness of the filter layer can be less than 10 ⁇ m, for example less than 500 nm.
  • the first and second semiconductor layers may contain II/V semiconductor materials.
  • the active zone contains InGaAlP and the filter layer contains Al x Gai- x As.
  • x can be selected according to a color to be detected by the optoelectronic sensor cell.
  • the active zone can contain InGaN and the filter layer can contain InGaN.
  • an indium content of the filter layer can be lower than the indium content of the active zone.
  • At least two constituent elements of a semiconductor material of the active zone and of the filter layer can be identical, for example indium and gallium.
  • the composition ratio of the semiconductor material of the active zone and the filter layer can be changed in each case in order to set a suitable band gap for the active zone and the filter layer. In this way, the semiconductor layer stack containing the filter layer can be produced in a simple manner.
  • An optoelectronic semiconductor sensor includes a large number of optoelectronic sensor cells as defined above.
  • At least two of the multitude of optoelectronic sensor cells lenses are capable of absorbing light of different colors.
  • a night vision device comprises the optoelectronic sensor cell as described above, the optoelectronic sensor cell being suitable for detecting infrared radiation.
  • An artificial retina has the optoelectronic semiconductor sensor as described above.
  • Fig. 1A shows an example of a layer structure of an optoelectronic sensor cell according to embodiments.
  • Fig. 1B shows a schematic band structure of the optoelectronic sensor cell according to embodiments.
  • Fig. IC shows an example of absorbance and generated photovoltaic current according to embodiments.
  • FIG. 2 shows a schematic plan view of an optoelectronic semiconductor sensor according to embodiments.
  • FIG. 3A shows a schematic cross-sectional view of an optoelectronic sensor cell according to embodiments.
  • FIG. 3B shows a schematic cross-sectional view of an optoelectronic sensor cell according to further embodiments.
  • FIG. 3C shows a schematic cross-sectional view of an optoelectronic sensor cell according to further embodiments.
  • FIG. 4A shows a schematic cross-sectional view of an optoelectronic sensor cell according to embodiments.
  • FIG. 4B shows a schematic band structure of the optoelectronic sensor cell shown in FIG. 4A.
  • 5A shows a night vision device according to embodiments.
  • 5B shows an artificial retina according to embodiments.
  • semiconductor materials can contain direct or indirect semiconductor materials.
  • semiconductor materials that are particularly suitable for generating and detecting electromagnetic radiation include II-IV semiconductor materials, in particular nitride semiconductor compounds, which can be used to generate, for example, ultraviolet, blue, or longer-wave light, such as GaN, InGaN, AlN, AlGaN, AlGalnN, AlGalnBN, phosphide semiconductor compounds that can be used to generate green or longer-wave light, such as GaAsP, AlGalnP, GaP, AlGaP, and other semiconductor materials such as GaAs , AlGaAs , InGaAs , Al InGaAs , SiC, ZnSe , ZnO, Ga2Ü3, diamond, hexagonal BN and combinations of the above materials.
  • the stoichiometric ratio of the compound semiconductor materials can vary.
  • Other examples of semiconductor materials may include silicon, silicon-germanium, and germanium. In the context of the present description, the term "semiconitrid
  • substrate generally includes insulating, conductive, or semiconductor substrates.
  • electrically connected means a low-impedance electrical connection between the connected elements.
  • the electrically connected bound elements do not necessarily have to be directly connected to each other. Further elements can be arranged between electrically connected elements.
  • electrically connected also includes tunnel contacts between the connected elements.
  • vertical as used in this specification is intended to describe an orientation that is essentially perpendicular to the first surface of a substrate or semiconductor body.
  • the vertical direction can correspond to a growth direction when layers are grown, for example.
  • lateral and “hori zontal” as used in this specification are intended to describe an orientation or alignment that is substantially parallel to a first surface of a substrate or semiconductor body. This can be the surface of a wafer or a chip (die), for example.
  • the horizontal direction can, for example, lie in a plane perpendicular to a growth direction when layers are grown.
  • Fig. 1A shows a schematic cross-sectional view of an optoelectronic sensor cell 10 according to embodiments.
  • the optoelectronic sensor cell 10 includes a semiconductor layer stack 111 .
  • the semiconductor layer stack 111 comprises a plurality of layers which, for example, can be grown epitaxially on top of one another.
  • the semiconductor layer stack comprises a first semiconductor layer 110 of a first conductivity type, for example p-type, an active region 115 for generating or absorbing radiation with one wavelength smaller than a first limit wavelength.
  • the semiconductor layer stack 111 also has a second semiconductor layer 120 of a second conductivity type.
  • the semiconductor layer stack 111 also has a filter layer 125 on a side of the first or second semiconductor layer 110 , 120 which is remote from the active zone 115 .
  • the filter layer 125 has a semiconductor material that is suitable for absorbing radiation with a wavelength that is smaller than a second limit wavelength.
  • the second limit wavelength is smaller than the first limit wavelength.
  • the filter layer 125 is not part of an electrical circuit through which a voltage can be applied to the first and second semiconductor layers 110 , 120 .
  • the active zone 115 can have, for example, a pn junction, a double heterostructure, a single quantum well structure (SQW, single quantum well) or a multiple quantum well structure (MQW, multi quantum well) for generating radiation.
  • Quantum well structure has no meaning here with regard to the dimensionality of the quantization. It thus includes, among other things, quantum wells, quantum wires and quantum dots as well as any combination of these layers.
  • barrier layers 113 and quantum well layers 116 are given in FIG. 1A.
  • a voltage can be applied in the reverse direction across a first connection element 101, which is connected to and directly touches, for example, the first semiconductor layer 110 and a second connection element 102, which is connected to the second semiconductor layer 110.
  • layer 120 is connected and is directly adjacent to it, are applied to the semiconductor layer sequence.
  • a current measuring device 25 can be provided in order to measure a photocurrent.
  • the filter layer 125 is placed outside of this circuit. This prevents the charge carriers generated by the filter layer 125 from contributing to the photocurrent.
  • the filter layer can be arranged outside, for example above or below, the current-carrying layers.
  • the filter layer 125 may be electrically isolated from the first or second semiconductor layer 110 , 120 .
  • electrically conductive or semiconductor layers can be arranged between the filter layer 125 and the first semiconductor layer 110 .
  • a layer thickness of the filter layer 125 can be greater than 10 nm.
  • the distance between the filter layer 125 and the active zone can, for example, be greater than a diffusion length of charge carriers in the corresponding material.
  • the diffusion length is greater than 10 nm, for example greater than 100 nm.
  • the diffusion length can be less than 5 pm, for example less than 1 pm. This also prevents the charge carriers generated by the filter layer 125 from contributing to a photocurrent.
  • the filter layer 125 can absorb broadband electromagnetic radiation.
  • the filter layer 125 can absorb all wavelengths below the second limit wavelength.
  • the filter layer 125 can be grown epitaxially over the further semiconductor layers of the semiconductor layer stack 111 . According to further however, the filter layer can also be applied over the layers of the semiconductor layer stack by another method.
  • Fig. 1B schematically illustrates a band diagram of the optoelectronic sensor cell of FIG. 1A
  • Fig. 1B shows the course of the conduction band (E c ) and valence band (E v ) as well as the Fermi energy (E F ).
  • E c conduction band
  • E v valence band
  • E F Fermi energy
  • the filter layer 125 has intrinsic conductivity. According to further embodiments, however, the filter layer 125 can also be of the first or second conductivity type.
  • the filter layer 125 is spaced a distance d from the first semiconductor layer 110 .
  • the active region 115 includes a plurality of barrier layers 113 and quantum well layers 116 . A quantum well layer is always sandwiched between two barrier layers.
  • the material of the first and second semiconductor layers 110, 120 may be AlGaAs and the material of the quantum wells 116 may be GaAs.
  • a material of the barrier layers 113 can also be AlGaAs.
  • the stoichiometric ratio of the barrier layers 113 can be different than the first or second semiconductor layers 110, 120 in order to adjust the band gap to a certain value.
  • the band gap of the filter layer 125 is larger than the band gap within the active zone.
  • the band gap can in each case be dimensioned such that the distance between the wavelengths corresponding to the band gap is greater than one Half width of the corresponding absorption spectra is . Furthermore, it can be larger than that of the first and second semiconductor layers 110 , 120 . Due to the in Fig. 1B, incident radiation having a wavelength corresponding to energy greater than the bandgap of the filter layer 125 is absorbed by the filter layer. As a result, only photons with an energy less than the bandgap energy of the filter layer 125 are transmitted through the filter layer and eventually absorbed by the active region 115 and thus contribute to a photocurrent.
  • FIG. IC This is shown schematically in FIG. IC illustrated .
  • the left-hand part of Fig. IC shows absorbance as a function of wavelength.
  • the solid curve shows the absorbance of the active region 115 and the dashed line shows the absorbance of the filter layer 125 .
  • the active zone 115 is able to absorb light with a wavelength smaller than the first cut-off wavelength Xi.
  • the filter layer 125 is able to absorb radiation with a wavelength smaller than the second limit wavelength X2. If the filter layer is arranged in front of the active zone, then only light with a wavelength in the wavelength range between the first and the second limit wavelength is absorbed by the active zone 115 .
  • the right-hand part of FIG. IC shows the generated photocurrent as a function of the irradiated wavelength. As can be seen, the generated photocurrent reaches a maximum in the region between X2 and Xi.
  • a material system for the active zone through which electromagnetic radiation with a wavelength smaller than a first limit wavelength can be absorbed or generated, and a filter layer 125 made of a suitable material that is suitable for absorbing radiation with a wavelength smaller than a second limit wavelength, the second limit wavelength being smaller than the first limit wavelength
  • a Provide optoelectronic sensor cell that can detect light in a limited spectral range. In this way, a colour-specific detection signal can be obtained from incoming electromagnetic radiation. Accordingly, it is possible to obtain color information of the irradiated light.
  • optoelectronic sensor cells can be provided for the three primary colors red, green and blue.
  • An optoelectronic semiconductor sensor for processing colored images can thus be provided by combining optoelectronic sensor cells for the three primary colors red, green and blue.
  • Fig. 2 shows a schematic view of an optoelectronic semiconductor sensor 15 .
  • the optoelectronic semiconductor sensor 15 includes a large number of optoelectronic sensor cells 130 , 131 , 132 . At least two of the optoelectronic sensor cells 130 , 131 , 132 are suitable for absorbing light of different colors.
  • the optoelectronic semiconductor sensor 15 can comprise, for example, first sensor cells 130 , second sensor cells 131 and third sensor cells 132 .
  • the first sensor cells 130 can be suitable for absorbing red light.
  • the second sensor cells 131 can be adapted to absorb green light and the third sensor cells 132 can absorb a third primary color, for example blue or yellow.
  • the corresponding sensor cells can be configured according to a predetermined pattern, For example, be arranged the Bayer pattern. Of course, optoelectronic sensor cells of other colors can also be present. Of course, the different optoelectronic sensor cells can also be arranged in a different pattern.
  • the filter layers 126 of the optoelectronic sensor cells can be selected depending on the color to be detected. Furthermore, the semiconductor materials of the different optoelectronic sensor cells can be identical or, depending on the color to be detected, can be different from one another.
  • Fig. 3A shows a schematic layer structure of an optoelectronic sensor cell, which can be suitable, for example, for absorbing red light or IR radiation.
  • the layer structure in FIG. 3A additionally have a first contact layer 105 .
  • the first connection element 101 can be electrically connected to the first contact layer 105 .
  • the semiconductor layer stack can be arranged over a suitable substrate, for example a GaAs substrate 100 .
  • the GaAs substrate 100 can be n-doped.
  • a second connection element 102 can be connected to the substrate 100 .
  • the material of the filter layer is suitable for absorbing light with a wavelength smaller than a second limit wavelength.
  • the material of the filter layer 125 can contain AlGaAs.
  • Fig. 3B shows the layered structure of an optoelectronic sensor cell, which can be suitable, for example, for light in the Na far-red range (NIR) to be demonstrated.
  • the first semiconductor layer 110 and the second semiconductor layer 120 can each be a GaAs layer.
  • the barrier layers can be GaAs layers.
  • the quantum well layers can each be InGaAs layers.
  • a wavelength absorbed by the active zone depends on the indium content of the InGaAs layer.
  • the absorbed wavelength can be in a range from about 800 nm to 1300 nm.
  • the wavelength of about 800 nm refers to the case of pure GaAs or GaAs with a slight In content
  • the wavelength of about 1300 nm refers to the case of InGaAs with a very high In content.
  • the structure of the filter layer is selected depending on the composition of the quantum well layers, for example. For example, when using GaAs quantum well layers, AlGaAs is used as the material for the filter layer. When using InGaAs quantum well layers, an InGaAs layer with a lower indium content than that of the quantum well layers is used as the filter layer.
  • Fig. 3C shows a layer structure for an optoelectronic sensor cell, which can be suitable, for example, for detecting red or green light.
  • the semiconductor layer stack 111 can have a first contact layer 105, for example a p-doped GaAs layer.
  • a first current spreading layer 108 for example a p-doped AlGaAs layer, can be suitable for impressing the current impressed via a first contact element 101 over a large area in the structure.
  • a first cladding layer 103 may be disposed adjacent to the current spreading layer 108 .
  • the first cladding layer 103 can contain p-doped InAlP.
  • a sequence of barrier layers 113 and quantum well layers 116 then follows.
  • the barrier layers 113 may contain Ino, 5Alo, 2sGao, 2sP.
  • the quantum well layer ten may contain Ino, sAlo, iGao, 4P . Adjacent to the last
  • a second cladding layer 104 containing, for example, n-doped InAlP, may be arranged, followed by a second current spreading layer 109, which may contain n-doped AlGaAs, for example.
  • the semiconductor layer stack 111 can be arranged on a suitable substrate 100, for example an n-doped GaAs substrate.
  • the filter layer 125 can contain, for example, a material which absorbs light with a wavelength of less than 600 nm. In this way, a red sensor cell can be realized.
  • an Alo, 5Gao, sAs layer can be used as the material for the filter layer 125 .
  • the second limit wavelength and thus the color in which electromagnetic radiation is detected can be changed.
  • a green sensor cell can also be realized by using a semiconductor layer stack that contains an active zone that contains non-polar InGaN and absorbs green light, in combination with a filter layer that absorbs blue light, for example a blue light-absorbing InGaN layer , having .
  • Fig. 4A also shows the schematic layer structure of an optoelectronic sensor cell that can detect blue light.
  • the first contact layer 105 may include GaN of the first conductivity type.
  • the second contact layer 106 may contain GaN of the second conductivity type.
  • Barrier and buffer layers are arranged in between.
  • the barrier layers 113 can each contain GaN.
  • the quantum well layers 116 can each contain non-polar InGaN, which absorbs blue light. In this way, blue light can be absorbed by the layer structure.
  • a filter layer 125 can be arranged over the semiconductor layer stack.
  • the filter layer 125 can contain a semiconductor material which absorbs a shorter wavelength than the wavelength of blue light.
  • the filter layer can absorb UV radiation.
  • the filter layer 125 may contain InGaN absorbing UV light.
  • the indium content of the filter layer 125 may be less than the indium content of the quantum well layers.
  • the band gap of the filter layer can be slightly larger.
  • Fig. 4B illustrates an example of a band structure of the type shown in FIG. 4A illustrated optoelectronic sensor cell.
  • the material of the filter layer 125 is undoped. According to other embodiments, however, it can also be p- or n-doped.
  • the band gap of the filter layer 125 is larger than the band gap of the active zone 115 . In this way, the higher-energy portion of the incident electromagnetic radiation can be filtered out.
  • the individual materials can be changed as desired.
  • the opto- electronic sensor cell also be suitable to detect IR or UV radiation.
  • any optoelectronic semiconductor sensor can be provided with a large number of optoelectronic sensor cells for different colors.
  • a vision device with an optoelectronic sensor cell can also be provided, for example a night vision device, which is suitable, for example, for detecting IR radiation.
  • Fig. 5A shows a night vision device 30 according to embodiments.
  • the night vision device 30 has the optoelectronic sensor cell 10 described here.
  • the optoelectronic sensor cell 10 is suitable for detecting infrared radiation.
  • an artificial retina can also be provided using the optoelectronic semiconductor sensor described.
  • Fig. 5B shows an artificial retina according to embodiments.
  • the artificial retina 35 has the optoelectronic semiconductor sensor 15 described here.

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Abstract

Eine optoelektronische Sensorzelle (10) umfasst einen Halbleiterschichtstapel (111), der eine erste Halbleiterschicht (110) von einem ersten Leitfähigkeitstyp, eine aktive Zone (115) zur Erzeugung oder Absorption von Strahlung mit einer Wellenlänge kleiner als einer ersten Grenzwellenlänge, sowie eine zweite Halbleiterschicht (120) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp aufweist. Der Halbleiterschichtstapel (111) weist ferner eine Filterschicht (125) auf einer von der aktiven Zone (110) abgewandten Seite der ersten oder zweiten Halbleiterschicht (110, 120) auf. Die Filterschicht (125) weist ein Halbleitermaterial auf, welches geeignet ist, Strahlung mit einer Wellenlänge kleiner als eine zweite Grenzwellenlänge zu absorbieren, wobei die zweite Grenzwellenlänge kleiner als die erste Grenzwellenlänge ist. Ferner ist die Filterschicht (125) nicht Teil eines Stromkreises, durch den eine Spannung zwischen der ersten und der zweiten Halbleiterschicht (110, 120) anlegbar ist.

Description

OPTOELEKTRONISCHE SENSORZELLE UND OPTOELEKTRONISCHER HALBLE I TERSENSOR
Optoelektronische Halbleiterbauelemente können geeignet sein, sowohl elektromagnetische Strahlung zu emittieren als auch nachzuweisen . Dabei ist eine optoelektronische Sensorzelle in der Lage , Helligkeitswerte zu erfassen . Um Farbinformation zu erhalten, werden üblicherweise Farbfilter vor den Sensorzellen angebracht , und die zugehörigen Helligkeitswerte ermittelt .
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , eine verbesserte optoelektronische Sensorzelle , einen verbesserten optoelektronischen Halbleitersensor sowie eine verbesserte Sensorvorrichtung zur Verfügung zu stellen .
Gemäß Aus führungs formen wird die Aufgabe durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst . Die abhängigen Patentansprüche definieren vorteilhafte Weiterentwicklungen .
Eine optoelektronische Sensorzelle umfasst einen Halbleiterschichtstapel , der eine erste Halbleiterschicht von einem ersten Leit f ähigkeitstyp, eine aktive Zone zur Erzeugung oder Absorption von Strahlung mit einer Wellenlänge kleiner als einer ersten Grenzwellenlänge , sowie eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leit f ähigkeitstyp aufweist . Der Halbleiterschichtstapel weist ferner eine Filterschicht auf einer von der aktiven Zone abgewandten Seite der ersten oder zweiten Halbleiterschicht auf . Die Filterschicht enthält ein Halbleitermaterial , welches geeignet ist , Strahlung mit einer Wellenlänge kleiner als eine zweite Grenzwellenlänge zu absorbieren, wobei die zweite Grenzwellenlänge kleiner als die erste Grenzwellenlänge ist . Die Filterschicht ist nicht Teil eines Stromkreises , durch den eine Spannung zwischen der ersten und der zweiten Halbleiterschicht anlegbar ist . Beispielsweise ist die Filterschicht nicht mit zwei Komponenten eines solchen Stromkreises verbunden .
Beispielsweise kann eine Schichtdicke der Filterschicht größer als 10 nm oder auch größer als 20 nm sein . Die Schichtdicke der Filterschicht kann kleiner als 10 pm, beispielsweise kleiner als 500 nm sein .
Gemäß Aus führungs formen können die erste und zweite Halbleiterschicht I I I /V-Halbleitermaterialien enthalten .
Beispielsweise enthält die aktive Zone InGaAlP und die Filterschicht AlxGai-xAs . Beispielsweise kann x entsprechend einer von der optoelektronischen Sensorzelle nachzuweisenden Farbe ausgewählt sein .
Gemäß Aus führungs formen können die aktive Zone InGaN und die Filterschicht InGaN enthalten . Beispielsweise kann ein Indiumgehalt der Filterschicht geringer sein als der Indiumgehalt der aktiven Zone .
Generell können beispielsweise mindestens zwei Zusammensetzungselemente eines Halbleitermaterials der aktiven Zone und der Filterschicht identisch sein, beispielsweise Indium und Gallium . Das Zusammensetzungsverhältnis des Halbleitermaterials der aktiven Zone und der Filterschicht kann j eweils verändert werden, um eine geeignete Bandlücke für aktive Zone und Filterschicht einzustellen . Auf diese Weise kann der Halbleiterschichtstapel , der die Filterschicht enthält , in einfacher Weise hergestellt werden .
Ein optoelektronischer Halbleitersensor umfasst eine Viel zahl von optoelektronischen Sensorzellen wie vorstehend definiert .
Mindestens zwei der Viel zahl von optoelektronischen Sensorzel- len sind geeignet , Licht von j eweils unterschiedlichen Farben zu absorbieren .
Ein Nachtsichtgerät umfasst die optoelektronische Sensorzelle wie vorstehend beschrieben, wobei die optoelektronische Sensorzelle geeignet ist , Infrarotstrahlung nachzuweisen .
Eine künstliche Retina weist den optoelektronischen Halbleitersensor wie vorstehend beschrieben auf .
Die begleitenden Zeichnungen dienen dem Verständnis von Ausführungsbeispielen der Erfindung . Die Zeichnungen veranschaulichen Aus führungsbeispiele und dienen zusammen mit der Beschreibung deren Erläuterung . Weitere Aus führungsbeispiele und zahlreiche der beabsichtigten Vorteile ergeben sich unmittelbar aus der nachfolgenden Detailbeschreibung . Die in den Zeichnungen gezeigten Elemente und Strukturen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander dargestellt . Gleiche Bezugs zeichen verweisen auf gleiche oder einander entsprechende Elemente und Strukturen .
Fig . 1A zeigt ein Beispiel eines Schichtaufbaus einer optoelektronischen Sensorzelle gemäß Aus führungs formen .
Fig . 1B zeigt eine schematische Bandstruktur der optoelektronischen Sensorzelle gemäß Aus führungs formen .
Fig . IC zeigt ein Beispiel des Absorptionsvermögens und des erzeugten photovoltaischen Stroms gemäß Aus führungs formen .
Fig . 2 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen optoelektronischen Halbleitersensor gemäß Aus führungs formen . Fig. 3A zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer optoelektronischen Sensorzelle gemäß Aus führungs formen .
Fig. 3B zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer optoelektronischen Sensorzelle gemäß weiteren Ausführungsformen .
Fig. 3C zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer optoelektronischen Sensorzelle gemäß weiteren Ausführungsformen .
Fig. 4A zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer optoelektronischen Sensorzelle gemäß Aus führungs formen .
Fig. 4B zeigt eine schematische Bandstruktur der in Fig. 4A gezeigten optoelektronischen Sensorzelle.
Fig. 5A zeigt ein Nachtsichtgerät gemäß Aus führungs formen .
Fig. 5B zeigt eine künstliche Retina gemäß Aus führungs formen .
In der folgenden Detailbeschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen zu Veranschaulichungszwecken spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind. In diesem Zusammenhang wird eine Richtungsterminologie wie "Oberseite", "Boden", "Vorderseite", "Rückseite", "über", "auf", "vor", "hinter", "vorne", "hinten" usw. auf die Ausrichtung der gerade beschriebenen Figuren bezogen. Da die Komponenten der Ausführungsbeispiele in unterschiedlichen Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie nur der Erläuterung und ist in keiner Weise einschränkend. Die Beschreibung der Aus führungsbeispiele ist nicht einschränkend, da auch andere Aus führungsbeispiele existieren und strukturelle oder logische Änderungen gemacht werden können, ohne dass dabei vom durch die Patentansprüche definierten Bereich abgewichen wird . Insbesondere können Elemente von im Folgenden beschriebenen Aus führungsbeispielen mit Elementen von anderen der beschriebenen Aus führungsbeispiele kombiniert werden, sofern sich aus dem Kontext nichts anderes ergibt .
Je nach Verwendungs zweck können Halbleitermaterialien direkte oder indirekte Halbleitermaterialien enthalten . Beispiele für zur Erzeugung und zum Nachweis elektromagnetischer Strahlung besonders geeignete Halbleitermaterialien umfassen I I I-V-Halb- leitermaterialien, insbesondere Nitrid-Halbleiterverbindungen, durch die beispielsweise ultraviolettes , blaues oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispielsweise GaN, InGaN, AIN, AlGaN, AlGalnN, AlGalnBN, Phosphid-Halbleiterver- bindungen, durch die beispielsweise grünes oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispielsweise GaAsP, AlGalnP, GaP, AlGaP, sowie weitere Halbleitermaterialien wie GaAs , Al- GaAs , InGaAs , Al InGaAs , SiC, ZnSe , ZnO, Ga2Ü3, Diamant , hexagonales BN und Kombinationen der genannten Materialien . Das stöchiometrische Verhältnis der Verbindungshalbleitermaterialien kann variieren . Weitere Beispiele für Halbleitermaterialien können Sili zium, Sili zium-Germanium und Germanium umfassen . Im Kontext der vorliegenden Beschreibung schließt der Begri f f „Halbleiter" auch organische Halbleitermaterialien ein .
Der Begri f f „Substrat" umfasst generell isolierende , leitende oder Halbleitersubstrate .
Im Kontext dieser Beschreibung bedeutet der Begri f f „elektrisch verbunden" eine niederohmige elektrische Verbindung zwischen den verbundenen Elementen . Die elektrisch ver- bundenen Elemente müssen nicht notwendigerweise direkt miteinander verbunden sein . Weitere Elemente können zwischen elektrisch verbundenen Elementen angeordnet sein .
Der Begri f f „elektrisch verbunden" umfasst auch Tunnelkontakte zwischen den verbundenen Elementen .
Der Begri f f "vertikal" , wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, soll eine Orientierung beschreiben, die im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Oberfläche eines Substrats oder Halbleiterkörpers verläuft . Die vertikale Richtung kann beispielsweise einer Wachstumsrichtung beim Aufwachsen von Schichten entsprechen .
Die Begri f fe " lateral" und "hori zontal" , wie in dieser Beschreibung verwendet , sollen eine Orientierung oder Ausrichtung beschreiben, die im Wesentlichen parallel zu einer ersten Oberfläche eines Substrats oder Halbleiterkörpers verläuft . Dies kann beispielsweise die Oberfläche eines Wafers oder eines Chips ( Die ) sein .
Die hori zontale Richtung kann beispielsweise in einer Ebene senkrecht zu einer Wachstumsrichtung beim Aufwachsen von Schichten liegen .
Fig . 1A zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer optoelektronischen Sensorzelle 10 gemäß Aus führungs formen . Die optoelektronische Sensorzelle 10 umfasst einen Halbleiterschichtstapel 111 . Der Halbleiterschichtstapel 111 umfasst mehrere Schichten, die beispielsweise epitaktisch übereinander aufgewachsen sein können . Der Halbleiterschichtstapel umfasst eine erste Halbleiterschicht 110 von einem ersten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise p-Typ, eine aktive Zone 115 zur Erzeugung oder Absorption von Strahlung mit einer Wellenlänge kleiner einer ersten Grenzwellenlänge . Der Halbleiterschichtstapel 111 weist ferner eine zweite Halbleiterschicht 120 von einem zweiten Leit f ähigkeitstyp auf . Der Halbleiterschichtstapel 111 weist darüber hinaus eine Filterschicht 125 auf einer von der aktiven Zone 115 abgewandten Seite der ersten oder zweiten Halbleiterschicht 110 , 120 auf . Die Filterschicht 125 weist ein Halbleitermaterial auf , welches geeignet ist , Strahlung mit einer Wellenlänge , die kleiner als eine zweite Grenzwellenlänge ist , zu absorbieren . Die zweite Grenzwellenlänge ist dabei kleiner als die erste Grenzwellenlänge . Weiterhin ist gemäß Aus führungs formen die Filterschicht 125 nicht Teil eines Stromkreises , durch den eine Spannung an die erste und die zweite Halbleiterschicht 110 , 120 anlegbar ist .
Die aktive Zone 115 kann beispielsweise einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfach-Quantentopf-Struktur ( SQW, single quantum well ) oder eine Mehrfach-Quantentopf- Struktur (MQW, multi quantum well ) zur Strahlungserzeugung aufweisen . Die Bezeichnung „Quantentopf-Struktur" entfaltet hierbei keine Bedeutung hinsichtlich der Dimensionalität der Quantisierung . Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge , Quantendrähte und Quantenpunkte sowie j ede Kombination dieser Schichten . Als Beispiel sind in Fig . 1A Barrierenschichten 113 und Quantentopfschichten 116 angegeben .
Generell kann durch Anlegen einer Spannung an den beispielsweise in Fig . 1A dargestellten Halbleiterschichtstapel 111 elektromagnetische Strahlung emittiert oder absorbiert werden, in Abhängigkeit von der Polarität der angelegten Spannung . Beispielsweise kann unter Verwendung einer Spannungsquelle 20 eine Spannung in Rückwärtsrichtung über ein erstes Anschlusselement 101 , das beispielsweise mit der ersten Halbleiterschicht 110 verbunden und dieses direkt berührt und ein zweites Anschlusselement 102 , das mit der zweiten Halbleiter- schicht 120 verbunden ist und an diese direkt angrenzt , an die Halbleiterschichtenfolge angelegt werden . Eine Strommesseinrichtung 25 kann vorgesehen sein, um einen Fotostrom zu messen .
Wie in Fig . 1A dargestellt ist , ist die Filterschicht 125 außerhalb dieses Stromkreises angeordnet . Auf diese Weise wird verhindert , dass die von der Filterschicht 125 erzeugten Ladungsträger zum Photostrom beitragen . Beispielsweise kann die Filterschicht außerhalb, beispielsweise oberhalb oder unterhalb der stromführenden Schichten angeordnet sein . Gemäß Ausführungs formen kann die Filterschicht 125 von der ersten oder zweiten Halbleiterschicht 110 , 120 elektrisch isoliert sein . Gemäß weiteren Aus führungs formen können elektrisch leitende oder Halbleiterschichten zwischen der Filterschicht 125 und der ersten Halbleiterschicht 110 angeordnet sein .
Beispielsweise kann eine Schichtdicke der Filterschicht 125 größer als 10 nm sein . Der Abstand der Filterschicht 125 von der aktiven Zone kann beispielsweise größer als eine Di f fusionslänge von Ladungsträgern in dem entsprechenden Material sein . Typischerweise ist die Di f fusionslänge größer als 10 nm, beispielsweise größer als 100 nm . Die Di f fusionslänge kann kleiner als 5 pm, beispielsweise kleiner als 1 pm sein . Auf diese Weise wird weiterhin verhindert , dass die von der Filterschicht 125 erzeugten Ladungsträger zu einem Photostrom beitragen . Gemäß Aus führungs formen kann die Filterschicht 125 breitbandig elektromagnetische Strahlung absorbieren . Beispielsweise kann die Filterschicht 125 sämtliche Wellenlängen kleiner der zweiten Grenzwellenlänge absorbieren .
Gemäß Aus führungs formen kann die Filterschicht 125 epitaktisch über den weiteren Halbleiterschichten des Halbleiterschichtstapels 111 aufgewachsen sein . Gemäß weiteren Aus führungs for- men kann die Filterschicht aber auch durch ein anderes Verfahren über den Schichten des Halbleiterschichtstapels aufgebracht werden .
Fig . 1B veranschaulicht schematisch ein Banddiagramm der optoelektronischen Sensorzelle von Fig . 1A. In Fig . 1B ist der Verlauf von Leitungsband (Ec) und Valenzband (Ev) sowie der Fermienergie (EF) angegeben . Hier ist angenommen, dass der erste Leit f ähigkeitstyp der Schicht 110 der p-Leit f ähigkeitstyp ist und der zweite Leit f ähigkeitstyp der zweiten Halbleiterschicht 120 der n-Leitf ähigkeitstyp ist . Die Leit f ähigkeitsty- pen können j edoch auch umgekehrt sein . Darüber hinaus ist angenommen, dass die Filterschicht 125 intrinsische Leitfähigkeit hat . Gemäß weiteren Aus führungs formen kann die Filterschicht 125 j edoch auch vom ersten oder zweiten Leitfähigkeitstyp sein . Wie in Fig . 1B dargestellt ist , ist die Filterschicht 125 mit Abstand d von der ersten Halbleiterschicht 110 beabstandet . Die aktive Zone 115 umfasst eine Viel zahl von Barrierenschichten 113 und Quantentopfschichten 116 . Eine Quantentopfschicht ist immer zwischen zwei Barrierenschichten angeordnet .
Beispielsweise kann das Material der ersten und zweiten Halbleiterschicht 110 , 120 AlGaAs sein, und das Material der Quantentöpfe 116 kann GaAs sein . Ein Material der Barrierenschichten 113 kann auch AlGaAs sein . Beispielsweise kann das stöchiometrische Verhältnis der Barrierenschichten 113 anders als bei der ersten oder zweiten Halbleiterschicht 110 , 120 sein, um die Bandlücke auf einen bestimmten Wert einzustellen .
Die Bandlücke der Filterschicht 125 ist größer als die Bandlücke innerhalb der aktiven Zone . Gemäß Aus führungs formen kann die Bandlücke j eweils so bemessen sein, dass der Abstand der der Bandlücke entsprechenden Wellenlängen größer als eine Halbwertsbreite der entsprechenden Absorptionsspektren ist . Weiterhin kann sie größer als die der ersten und zweiten Halbleiterschicht 110 , 120 sein . Aufgrund der in Fig . 1B dargestellten Bandstruktur wird einfallende Strahlung mit einer Wellenlänge , die einer Energie entspricht , die größer als die Bandlücke der Filterschicht 125 ist , durch die Filterschicht absorbiert . Als Ergebnis werden lediglich Photonen mit einer Energie , die kleiner als die Bandlückenenergie der Filterschicht 125 ist , durch die Filterschicht durchgelassen und schließlich durch die aktive Zone 115 absorbiert und tragen somit zu einem Fotostrom bei .
Dies ist schematisch in Fig . IC veranschaulicht . Der linksseitige Teil der Fig . IC zeigt das Absorptionsvermögen in Abhängigkeit von der Wellenlänge . Die durchgezogene Kurve zeigt das Absorptionsvermögen der aktiven Zone 115 , und die gestrichelte Linie zeigt das Absorptionsvermögen der Filterschicht 125 . Wie zu sehen ist , ist die aktive Zone 115 in der Lage , Licht mit einer Wellenlänge , die kleiner als die erste Grenzwellenlänge Xi ist , zu absorbieren . Weiterhin ist die Filterschicht 125 in der Lage , Strahlung mit einer Wellenlänge kleiner als die zweite Grenzwellenlänge X2 zu absorbieren . Wird die Filterschicht vor der aktiven Zone angeordnet , so wird nur Licht mit einer Wellenlänge in dem Wellenlängenbereich zwischen der ersten und der zweiten Grenzwellenlänge von der aktiven Zone 115 absorbiert . Dies ist im rechtsseitigen Teil der Fig . IC dargestellt . Der rechtsseitige Teil der Fig . IC zeigt den erzeugten Fotostrom in Abhängigkeit von der eingestrahlten Wellenlänge . Wie zu sehen ist , nimmt der erzeugte Fotostrom im Bereich zwischen X2 und Xi ein Maximum an .
Wie unter Bezugnahme auf die Fig . 1A und IC beschrieben worden ist , lässt sich durch Kombination eines Materialsystems für die aktive Zone , durch welche elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge kleiner als einer ersten Grenzwellenlänge absorbiert oder erzeugt werden kann, sowie einer Filterschicht 125 aus einem geeigneten Material , das geeignet ist , Strahlung mit einer Wellenlänge kleiner als eine zweite Grenzwellenlänge zu absorbieren, wobei die zweite Grenzwellenlänge kleiner als die erste Grenzwellenlänge ist , eine optoelektronische Sensorzelle bereitstellen, die Licht in einem eingeschränkten Spektralbereich nachweisen kann . Auf diese Weise kann aus eintreffender elektromagnetischer Strahlung ein farbspezi fisches Nachweissignal erhalten werden . Entsprechend ist es möglich, Farbinformation des eingestrahlten Lichts zu erhalten . Entsprechend lassen sich bei Verwendung unterschiedlicher Halbleitermaterialsysteme für die aktive Zone sowie entsprechend ausgewählter Halbleitermaterialien für die zugehörige Filterschicht 125 optoelektronische Sensorzellen für die drei Primärfarben Rot , Grün und Blau bereitstellen . Durch Kombination optoelektronischer Sensorzellen für die drei Grundfarben Rot , Grün und Blau lässt sich somit ein optoelektronischer Halbleitersensor für die Verarbeitung farbiger Bilder bereitstellen .
Fig . 2 zeigt eine schematische Ansicht eines optoelektronischen Halbleitersensors 15 . Der optoelektronische Halbleitersensor 15 umfasst eine Viel zahl von optoelektronischen Sensorzellen 130 , 131 , 132 . Dabei sind mindestens zwei der optoelektronischen Sensorzellen 130 , 131 , 132 geeignet , Licht von unterschiedlichen Farben zu absorbieren . Genauer gesagt , kann der optoelektronische Halbleitersensor 15 beispielsweise erste Sensorzellen 130 , zweite Sensorzellen 131 und dritte Sensorzellen 132 umfassen . Die ersten Sensorzellen 130 können geeignet sein, rotes Licht zu absorbieren . Die zweiten Sensorzellen 131 können geeignet sein, grünes Licht zu absorbieren, und die dritten Sensorzellen 132 können eine dritte Grundfarbe , beispielsweise Blau oder Gelb absorbieren . Die entsprechenden Sensorzellen können entsprechend einem vorgegebenen Muster, beispielsweise dem Bayer-Muster angeordnet sein . Selbstverständlich können auch noch optoelektronische Sensorzellen weiterer Farben vorhanden sein . Selbstverständlich können die unterschiedlichen optoelektronischen Sensorzellen auch in einem anderen Muster angeordnet sein .
Die Filterschichten 126 der optoelektronischen Sensorzellen können j e nach der nachzuweisenden Farbe ausgewählt sein . Weiterhin können die Halbleitermaterialien der unterschiedlichen optoelektronischen Sensorzellen identisch sein oder aber j e nach nachzuweisender Farbe voneinander verschieden sein .
Fig . 3A zeigt einen schematischen Schichtaufbau einer optoelektronischen Sensorzelle , die beispielsweise geeignet sein kann, rotes Licht oder IR-Strahlung zu absorbieren .
Die Materialien der ersten, zweiten Halbleiterschicht , der Quantentopfschichten und der Barrierenschichten ist so wie unter Bezugnahme auf Fig . 1A beschrieben . Zusätzlich zu den in Fig . 1A dargestellten Schichten kann die Schichtstruktur in Fig . 3A zusätzlich eine erste Kontaktschicht 105 aufweisen . Das erste Anschlusselement 101 kann elektrisch mit der ersten Kontaktschicht 105 verbunden sein . Weiterhin kann der Halbleiterschichtstapel über einem geeigneten Substrat , beispielsweise einem GaAs-Substrat 100 angeordnet sein . Beispielsweise kann das GaAs-Substrat 100 n-dotiert sein . Ein zweites Anschlusselement 102 kann mit dem Substrat 100 verbunden sein . Das Material der Filterschicht ist geeignet , Licht mit einer Wellenlänge kleiner als eine zweite Grenzwellenlänge zu absorbieren . Beispielsweise kann das Material der Filterschicht 125 AlGaAs enthalten .
Fig . 3B zeigt den Schichtaufbau einer optoelektronischen Sensorzelle , die beispielsweise geeignet sein kann, Licht im Na- hinf rarotbereich (NIR) nachzuweisen . Beispielsweise können die erste Halbleiterschicht 110 und die zweite Halbleiterschicht 120 j eweils eine GaAs-Schicht sein . Weiterhin können die Barrierenschichten GaAs-Schichten sein . Die Quantentopfschichten können j eweils InGaAs-Schichten sein . Eine von der aktiven Zone absorbierte Wellenlänge hängt von dem Indium-Gehalt der InGaAs-Schicht ab . Beispielsweise kann die absorbierte Wellenlänge in einem Bereich von etwa 800 nm bis 1300 nm liegen . Dabei bezieht sich die Wellenlänge von etwa 800 nm auf den Fall von reinem GaAs oder GaAs mit einem geringfügigen In-Anteil , und die Wellenlänge von etwa 1300 nm bezieht sich auf den Fall von InGaAs mit einem sehr hohen In-Anteil . Der Aufbau der Filterschicht wird beispielsweise in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Quantentopfschichten ausgewählt . Beispielsweise wird bei Verwendung von GaAs-Quantentopf schichten AlGaAs als Material für die Filterschicht verwendet . Bei Verwendung von InGaAs-Quantentopf schichten wird als Filterschicht eine InGaAs-Schicht mit einem geringeren Indiumgehalt als dem der Quantentopfschichten verwendet .
Fig . 3C zeigt einen Schichtaufbau für eine optoelektronische Sensorzelle , die beispielsweise geeignet sein kann, rotes oder grünes Licht nachzuweisen . Beispielsweise kann der Halbleiterschichtstapel 111 eine erste Kontaktschicht 105 , beispielsweise eine p-dotierte GaAs-Schicht aufweisen . Eine erste Stromaufweitungsschicht 108 , beispielsweise eine p-dotierte AlGaAs- Schicht kann geeignet sein, den über ein erstes Kontaktelement 101 eingeprägten Strom groß flächig in die Struktur einzuprägen . Eine erste Mantelschicht 103 kann angrenzend an die Stromaufweitungsschicht 108 angeordnet sein . Beispielsweise kann die erste Mantelschicht 103 p-dotiertes InAlP enthalten . Sodann folgt eine Abfolge aus Barrierenschichten 113 und Quantentopfschichten 116 . Beispielsweise können die Barrierenschichten 113 Ino, 5Alo,2sGao,2sP enthalten . Die Quantentopf schich- ten können Ino, sAlo, iGao, 4P enthalten . Angrenzend an die letzte
Barrierenschicht 113 kann eine zweite Mantelschicht 104 , die beispielsweise n-dotiertes InAlP enthält , angeordnet sein, gefolgt von einer zweiten Stromaufweitungsschicht 109 , die beispielsweise n-dotiertes AlGaAs enthalten kann .
Der Halbleiterschichtstapel 111 kann auf einem geeigneten Substrat 100 , beispielsweise einem n-dotierten GaAs-Substrat angeordnet sein . Die Filterschicht 125 kann beispielsweise ein Material enthalten, welches Licht mit einer Wellenlänge kleiner als 600 nm absorbiert . Auf diese Weise kann eine rote Sensorzelle verwirklicht werden . Beispielsweise kann als Material für die Filterschicht 125 eine Alo, 5Gao, sAs-Schicht verwendet werden . Durch Variation des stöchiometrischen Verhältnisses der AlGaAs-Schicht kann die zweite Grenzwellenlänge und damit die Farbe , in der elektromagnetische Strahlung nachgewiesen wird, verändert werden .
Beispielsweise kann bei Verwendung einer Alo, gGao, iAs-Schicht Licht mit einer Wellenlänge , die energiereicher als grünes Licht ist , absorbiert werden . Auf diese Weise kann eine grüne Sensorzelle verwirklicht werden .
Gemäß weiteren Aus führungs formen kann eine grüne Sensorzelle auch verwirklicht werden, indem ein Halbleiterschichtstapel , der eine aktive Zone , welche unpolares InGaN enthält und grünes Licht absorbiert , in Kombination mit einer Filterschicht , die blaues Licht absorbiert , beispielsweise eine blaues Licht absorbierende InGaN-Schicht , aufweist .
Fig . 4A zeigt weiterhin den schematischen Schichtaufbau einer optoelektronischen Sensorzelle , die blaues Licht nachweisen kann . Beispielsweise kann die erste Kontaktschicht 105 GaN vom ersten Leit f ähigkeitstyp enthalten . Die zweite Kontaktschicht 106 kann GaN vom zweiten Leit f ähigkeitstyp enthalten . Dazwischen sind Barrieren- und Puf ferschichten angeordnet . Beispielsweise können die Barrierenschichten 113 j eweils GaN enthalten . Die Quantentopfschichten 116 können j eweils unpolares InGaN enthalten, welches blaues Licht absorbiert . Auf diese Weise kann durch die Schichtstruktur blaues Licht absorbiert werden . Weiterhin kann eine Filterschicht 125 über dem Halbleiterschichtstapel angeordnet sein . Die Filterschicht 125 kann ein Halbleitermaterial enthalten, welches eine kleinere Wellenlänge als die Wellenlänge von blauem Licht absorbiert . Beispielsweise kann die Filterschicht UV-Strahlung absorbieren . Beispielsweise kann die Filterschicht 125 UV-Licht abs- sorbierendes InGaN enthalten . Beispielsweise kann der Indiumgehalt der Filterschicht 125 geringer sein als der Indiumgehalt der Quantentopfschichten . Als Folge kann die Bandlücke der Filterschicht etwas größer sein .
Fig . 4B veranschaulicht ein Beispiel einer Bandstruktur der in Fig . 4A dargestellten optoelektronischen Sensorzelle . Auch hier ist wieder vorgesehen, dass das Material der Filterschicht 125 undotiert ist . Gemäß weiteren Aus führungs formen kann es j edoch auch p- oder n-dotiert sein . Die Bandlücke der Filterschicht 125 ist größer als die Bandlücke der aktiven Zone 115 . Auf diese Weise kann der höherenergetische Anteil der einfallenden elektromagnetischen Strahlung herausgefiltert werden .
Wie beschrieben worden ist , wird eine farbsensitive optoelektronische Sensorzelle mit einem einfachen und kompakten Aufbau bereit gestellt .
Gemäß weiteren Aus führungs formen können die einzelnen Materialien beliebig verändert werden . Beispielsweise kann die opto- elektronische Sensorzelle auch geeignet sein, IR- oder UV- Strahlung nachzuweisen .
Als Ergebnis kann ein beliebiger optoelektronischer Halbleitersensor mit einer Viel zahl von optoelektronischen Sensorzellen für verschiedene Farben bereitgestellt werden . Gemäß weiteren Aus führungs formen kann auch ein Sichtgerät mit einer optoelektronischen Sensorzelle bereitgestellt werden, beispielsweise ein Nachtsichtgerät , das beispielsweise geeignet ist , IR-Strahlung nachzuweisen .
Fig . 5A zeigt ein Nachtsichtgerät 30 gemäß Aus führungs formen . Das Nachtsichtgerät 30 weist die hier beschriebene optoelektronischen Sensorzelle 10 auf . Beispielsweise ist die optoelektronische Sensorzelle 10 geeignet , Infrarotstrahlung nachzuweisen .
Gemäß weiteren Aus führungs formen kann auch eine künstliche Retina unter Verwendung des beschriebenen optoelektronischen Halbleitersensors bereitgestellt werden . Fig . 5B zeigt eine künstliche Retina gemäß Aus führungs formen . Die künstliche Retina 35 weist den hier beschriebenen optoelektronischen Halbleitersensor 15 auf .
Obwohl hierin spezi fische Aus führungs formen veranschaulicht und beschrieben worden sind, werden Fachleute erkennen, dass die gezeigten und beschriebenen spezi fischen Aus führungs formen durch eine Viel zahl von alternativen und/oder äquivalenten Ausgestaltungen ersetzt werden können, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen . Die Anmeldung soll j egliche Anpassungen oder Variationen der hierin diskutierten spezi fischen Aus führungs formen abdecken . Daher wird die Erfindung nur durch die Ansprüche und deren Äquivalente beschränkt . BEZUGSZEICHENLISTE Optoelektronische Sensorzelle Optoelektronischer Halbleitersensor Spannungsquelle Strommesseinrichtung Nachtsichtgerät Künstliche Retina Substrat erstes Anschlusselement zweites Anschlusselement erste Mantelschicht zweite Mantelschicht erste Kontaktschicht zweite Kontaktschicht Puf ferschicht erste Stromaufweitungsschicht zweite Stromaufweitungsschicht erste Halbleiterschicht Halbleiterschichtstapel Barrierenschicht aktive Zone Quantentopfschicht zweite Halbleiterschicht Filterschicht erste Sensorzelle zweite Sensorzelle dritte Sensorzelle

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Optoelektronische Sensorzelle (10) , umfassend: einen Halbleiterschichtstapel (111) , der eine erste Halbleiterschicht (110) von einem ersten Leitfähigkeitstyp, eine aktive Zone (115) zur Erzeugung oder Absorption von Strahlung mit einer Wellenlänge kleiner als einer ersten Grenzwellenlänge, sowie eine zweite Halbleiterschicht (120) von einem zweiten Leit f ähigkeitstyp aufweist, wobei der Halbleiterschichtstapel (111) ferner eine Filterschicht (125) auf einer von der aktiven Zone (110) abgewandten Seite der ersten oder zweiten Halbleiterschicht (110, 120) aufweist, wobei die Filterschicht (125) ein Halbleitermaterial aufweist, welches geeignet ist, Strahlung mit einer Wellenlänge kleiner als eine zweite Grenzwellenlänge zu absorbieren, wobei die zweite Grenzwellenlänge kleiner als die erste Grenzwellenlänge ist und wobei die Filterschicht (125) nicht Teil eines Stromkreises ist, durch den eine Spannung zwischen der ersten und der zweiten Halbleiterschicht (110, 120) anlegbar ist.
2. Optoelektronische Sensorzelle (10) nach Anspruch 1, bei der eine Schichtdicke der Filterschicht (125) größer als 10 nm ist .
3. Optoelektronische Sensorzelle (10) nach Anspruch 1 oder 2, bei der die erste und zweite Halbleiterschicht (110, 120)
I I I/V-Halbleitermaterialien enthalten .
4. Optoelektronische Sensorzelle (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die aktive Zone (115) InGaAlP enthält und die Filterschicht (125) AlxGai-xAs enthält.
5. Optoelektronische Sensorzelle (10) nach Anspruch 4, wobei x entsprechend einer von der optoelektronischen Sensorzelle (10) nachzuweisenden Farbe ausgewählt ist.
6. Optoelektronische Sensorzelle (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die aktive Zone (115) InGaN und die Filterschicht (125) InGaN enthält.
7. Optoelektronische Sensorzelle (10) nach Anspruch 6, bei der ein Indiumgehalt der Filterschicht (125) geringer als der Indiumgehalt der aktiven Zone (115) ist.
8. Optoelektronischer Halbleitersensor (15) , umfassend eine Vielzahl von optoelektronischen Sensorzellen (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens zwei der Vielzahl von optoelektronischen Sensorzellen (10) geeignet sind, Licht von jeweils unterschiedlichen Farben zu absorbieren .
9. Nachtsichtgerät (30) mit der optoelektronischen Sensorzelle (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die optoelektronische Sensorzelle (10) geeignet ist, Infrarotstrahlung nachzuweisen .
10. Künstliche Retina (35) mit dem optoelektronischen Halbleitersensor (15) nach Anspruch 8.
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