DE1806624A1 - Lichtelektrischer Strahlungsempfaenger - Google Patents
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
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- Light Receiving Elements (AREA)
Description
Lichtelektrischer Strahlungsempfänger
Die Erfindung "betrifft einen lichtelektrischen Strahlungsempfänger
aus einem Halbleitermaterial mit zwei Bereichen entgegengesetzter Leitfähigkeit und einem dazwischenliegenden
lichtempfindlichen Übergang, und insbesondere eine lichtempfindliche Referenzdiode mit einem auf dem Lawineneffekt
beruhenden Durchbruchsverhalten, und einem verringerten
Materialleckstrom.
Es werden heutzutage photoelektrische Strahlungsempfänger benötigt, die Licht in einem Wellenlängenbereich von 0,3
bis 4,0 αϊ feststellen. Derartige Strahlungsempfänger können
aus Halbleitermaterialien hergestellt werden, wobei Germanium für einen Wellenlängenbereich von 0,6 bis 1,6 /u,
Silicium für einen Wellenlängenbereich von 0,3 bis 1,1 /12
und Indiumarsenid (InAs) für einen Wellenlängenbereich von
Fs/wi
1,0
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1,0 bis 4,0 /U verwendbar ist. So wird z.B. Germanium allgemein
als Trägermaterial für lichtelektrische Strahlungsempfänger verwendet, mit denen Licht im Wellenlängenbereich von
0,6 bis 1,6 /U festgestellt werden soll. Jedoch ist die Verwendung
derartiger lichtelektrischer Strahlungsempfänger (Photodiode) aus Germanium wegen des relativ hohen Materialleckstroms
nur in Verbindung mit Kühleinrichtungen möglich. Der Materialleckstrom' einer· Photodiode trägt zu dem Geräusch
bei, das sich aus einer abgeänderten Gleichung für das Schrotrauschen errechnen lässt. Diese Gleichung, die auch als Gleichung
für das Lawinengeräusch bezeichnet wird, lautet;
wobei I der Strom des Lawinengeräusches, q die Elektronenladung,
Äf die Geräuschbandweite, I der Materialleckstrom,
M der Lawinengewinn, d der Rauschleistungeabfall ist.
Da der Abstand zwischen zwei Energiebändern bei Germanium klein ist, besitzt es einen hohen thermisch verursachten
Materialleckstrom. Es ist aus Geräuschanalysen bei Raumtemperatur bekannt, dass das minimale Rauschleistungsequivalent
durch den Materialleckstrom einer auf der Wirkung des Lawineneffekts beruhenden Germanium-Photodiode begrenzt ist. Ein
verbessertes Rauschäquivalent kann durch eine Verringerung des Materialleckstroms erzielt werden, was seinerseits nach
der allgemein benutzten Technik durch eine Kühlung der Photodiode erreichbar ist. Für die Kühlung der Diode werden jedoch
Kühleinrichtungen oder thermoelektrische Einrichtungen mit
hohen Leistungsanforderungen benötigt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine auf dem Lawineneffekt
beruhende Photodiode mit einem verringerten' Materialleckstrom
zu schaffen, bei der keine Kühlung erforderlich ist. Vielmehr soll dieser verringerte Materialleckstrom
auf Grund des der Diode eigentümlichen Aufbaus erzielt werden.
- 2 - Diese
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Diese Aufgabe wird ausgehend von dem eingangs erwähnten Strahlungsempfänger
erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass der Strahlungsempfänger gekennzeichnet ist durch einen ersten,
im Halbleiterkörper verlaufenden Bereich vom ersten Leitfähigkeitstyp, der sich bis zur einen Oberfläche erstreckt, einen
im ersten Bereich liegenden flachen und hochdotierten Bereich vom zweiten Leitfähigkeitstyp, der sich ebenfalls bis zur
einen Oberfläche erstreckt, und zusammen mit dem ersten Bereich den lichtempfindlichen Übergang des Strahlungsempfängers
bestimmt, einen hochdotierten rückseitigen Bereich, der sich bis zur gegenüberliegenden Oberfläche erstreckt, und der
an zumindest einen Teil des ersten Bereichs angrenzt, wobei zumindest ein Teil des rückseitigen Bereichs innerhalb einer
Diffusionslänge des lichtempfindlichen Übergangs liegt, um
dadurch den Materialleckstrom des Strahlungsempfängers zu verringern, und durch einen auf der einen Oberfläche vorgesehenen
Kontaktanschluss für den ersten Bereich, und einen ebenfalls
auf der einen Oberfläche vorgesehenen Kontakt^anschluss
für den flachdotierten Bereich.
Weitere Merkmale der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung ist in der
Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 eine teilweise geschnittene Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, bei der ein hochdotierter
Halbleiterbereich des einen Leitfähigkeitstyps benachbart zu dem rückseitigen Bereich des
lichtempfindlichen Übergangs mit entgegengesetzter Leitfähigkeit angeordnet ist und einen Übergang zur
Reduzierung des Materialleckstroms bildet;
Fig. 2 eine teilweise geschnittene Ansicht einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei der ein hochdotierter
Halbleiterbereich des einen Leitfähigkeits-
- 3 - typs
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typs benachbart zu dem rückseitigen Bereich des lichtempfindlichen
Übergangs mit derselben Leitfähigkeit zur Verringerung des Materialleckstroms angeordnet
ist.
Die spezielle Beschreibung der Erfindung wird anhand einer auf dem Lawineneffekt beruhenden.Photodiode mit einer Schutzringanordnung
beschrieben, bei der ein zusätzlicher hochdotierter Halbleiterbereich in der Nachbarschaft der leichtdotierten
Seite des lichtempfindlichen Übergangs angebracht ist, wobei die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung einen lichtempfindlichen
oder vorderseitigen N+P Übergang und einen PN+ Übergang auf der Rückseite besitzt, der in Sperrichtung vorgespannt
wird, um den Materialleckstrom der Diode zu verringern.
An einem N+P Übergang hängt der Materialleckstrom hauptsächlich von dem Minoritätsträgerstrom auf der leichtdotierten
Seite des Übergangs ab. Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung besitzt die leichtdotierte Seite P-Leitung. Der
Materialleckstrom ist proportional dem Abfall der Minoritätsträgerkonzentration an der Kante des Sperrschichtbereichs. Die
Konzentration ist an der Kante, des Sperrschichtbereichs ungefähr Null und steigt exponentiell bis zum Wert des thermischen
Gleichgewichts η an, der sich ergibt aus:
p
wobei n± die eigenleitende Trägerkonzentration, und zwar für Germanium =2,5x 1015cm"5 bei 25°C Silicium = 1,4 χ 1010cm~5 bei 25°G Indiumarsenid = 1 χ 1015cm~5 bei 250C
wobei n± die eigenleitende Trägerkonzentration, und zwar für Germanium =2,5x 1015cm"5 bei 25°C Silicium = 1,4 χ 1010cm~5 bei 25°G Indiumarsenid = 1 χ 1015cm~5 bei 250C
N. die Konzentration der Donatorverunreinigung ist.
Im Fall dass der P-Bereich sehr dick ist, beträgt der Strom:
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CO 1I1 - i
wobei In der Minoritätsträgerstrom auf der Seite mit P-Leitung,
q die Elektronenleitung, Dn die Diffusionskonstante,
Ln die Diffusionslänge in einem P-leitenden Material, A der
Diodenbereich ist. Im vorliegenden Fall ist der Abfall der Minoritätsträgerelektronen gleich η /Lι .
Die Gleichung (3) zeigt, dass I proportional n_ ist und
CO "Jr
diese Grosse wiederum von N-, bestimmt wird. Da die G-rösse N*
in der Regel ausgewählt wird, um die erforderliche Grenzschichtbreite
beim Durchbruch zu erreichen, wird damit I festgelegt. Jedoch kann I verkleinert werden, wenn der rückseitige Übergang
innerhalb der Diffusionslänge des vorderseitigen lichtempfindlichen Übergangs liegt. Der Strom durch den rückseitigen
Übergang ist ebenfalls proportional dem Anstieg der Konzentration der Minoritätsträger an der Kante des Übergangs,
wenn der rückseitige Übergang in Sperrichtung vorgespannt ist. Wenn ein Strom in beiden Übergängen fliesst, kann der Wert η
zwischen den beiden Übergängen nicht aufrechterhalten werden, sodass der Materialleckstrom kleiner als der durch die Gleichung
(3) sich ergebende Wert ist. Diese Verringerung des Materialleckstroms kann sehr erheblich sein.
Eine Verkleinerung um den Faktor 8 auf Grund der Verwendung eines rückseitigen Übergangs ist einer !Temperaturerniedrigung
um 30°0 äquivalent, da der Materialleckstrom der Diode bei
einer Temperaturerniedrigung von ungefähr 1O0C einer Verringerung
des Materialleokstroms um -den Faktor 2 entspricht.
In Fig. 1 ist eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung
dargestellt. Obwohl die Erfindung anhand einer Photodiode mit einer Schutzringanordnung beschrieben ist, besteht
keine Notwendigkeit, den Aufbau in dieser Weise auszuführen. Die einzige Bedingung, die gestellt werden muss, besteht in
dem Vorhandensein eines lichtempfindlichen Übergangs mit
- 5 - einem
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einem gleichmässigen Durchbruch. Die in der Beschreibung angegebenen
Werte für das Niveau der Dotierung sowie die Kombination der Leitfähigkeitstypen dienen lediglich der klareren
Darstellung. So kann· z.B. die Kombination der in den Fig. angegebenen Leitfähigkeitstypen umgekehrt werden, um einen
komplementären Aufbau zu erhalten. Selbstverständlich kann die Diode nach einem·Verfahren hergestellt werden, bei dem
die einzelnen Verfahrensschritte von denen der Beschreibung ohne Beeinflussung der Qualität der Diode verschieden sind.
Zur Herstellung der Diode gemäss der Erfindung wird z.B. als
Träger 1 ein Germaniummaterial mit der Leitfähigkeit N+ verwendet, das mit Antimon hochdotiert ist, sodass es z.B. einen
Widerstand von ungefähr 0,1 Ohm-cm besitzt. Das beschriebene Verfahren ist im wesentlichen das gleiche für Silicium und
Indiumarsenid, wobei lediglich die typischen Dotierungsniveaus geändert werden, um in dem jeweiligen Material die entsprechende
Grenzschichtbreite zu erhalten. Die Erfindung wird lediglich der Einfachheit halber unter Verwendung eines Germaniummaterials
beschrieben. Der Träger bezw. die entsprechende Zone 1 mit der Leitfähigkeit N+ kann mit Hilfe verschiedener
bekannter Verfahren hergestellt werden. Das in der Praxis am häufigsten angewandte Verfahren sieht die Einführung
der Antimon-Stärstellen während der Ausbildung des Germaniumkristalls
vor, bevor dieser in die die Träger 1 bildenden Halbleiterscheiben zerschnitten wird. Eine P-dotierte
Schicht 3, die zur Erzeugung eines Widerstands von ungefähr 0,7 bis 0,9 Ohm-cm mit Gallium dotiert wird, wird auf der
Oberfläche 2 des Trägers 1 in bekannter Weise epitaktiscl.
aufgebaut. Der spezielle für die Schicht vorgesehene Widerstand wird entsprechend der gewünschten GrenzscMclifbreite
bestimmt. Das Dotierimgsniveau des hochdotierten Bereich.es-H+
steht in einem solchen Verhältnis zn dem Botie.rimgs:o.ive.aii
des Bereiches mit if-Leitrtiag, dass sjo der Widerstand des
Bereiches mit IT-Leitung zumindest im eine Grössenordnung
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grosser als der des Bereiches mit der Leitfähigkeit N+ ist.
Eine andere Möglichkeit, den Halbleiterkörper 30 herzustellen, würde darin bestehen, in einem Träger mit der Leitfähigkeit
N+ einen Bereich mit P-Leitung oder umgekehrt zu bilden.
Die Fremdatomkonzentration des Bereiches 3 mit P-Leitung
wird derart gewählt, dass die Grerizschichtbreite bei der
Durchbruchs spannung des N+P Übergangs 7>
der später hergestellt wird, bei 4· oder 5 Absorbtionslängen 1/oc liegt. Dabei
istctfder Absorbtionskoeffizient für die gewünschte Wellenlänge
des Lichtes. Dieses Kriterium, zusammen mit der verhältnismässig kleinen Tiefe des tatsächlichen Übergangs verglichen
mit der Absorbtionslänge, gewährleistet, dass im wesentlichen
das gesamte einfallende Licht im Absorbtionsbereich des oberen Feldes, und zwar der Grenzschichtbreite unter dem
übergang 7» absorbiert wird. Im Germanium ist die Absorbtionslänge
ungefähr 1,0 /u bei einer Wellenlänge von 1,0 ai.
Bei der Verwendung eines Materials mit P-Leitung und einem Widerstand von 0,7 bis 0,9 Ohm-cm beträgt einerseits die
Grenzschichttiefe beim Durchbruch ungefähr 5»0 /u, und andererseits
die Durchbruchsspannung ungefähr 40 Volt. Die innere
Quantenausbeute ist grosser als 95# und verläuft flach von
einem Gleichstrom bis zu einem Wechselstrom von ungefähr 4- GHz.
Die Oberfläche 2 des Trägers 1 mit der Leitfähigkeit N+, die an die Schicht 3 mit P-Leitung angrenzt, bestimmt den rückwärtigen
PN+ Übergang 2, welcher, wenn er während des Betriebs der Diode lOin den Sperrzustand vorgespannt wird, den
unerwünschten Materialleckstrom der Diode verringert. Die Dicke der Schicht 3 mit P-Leitung wird durch die Dicke der
Verarmungszone und der Diffusionslänge der Minoritätsträger
in der Schicht 3 bestimmt.
- 7 - Auf
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Auf der Oberfläche 4- der Schicht 3 mit P-Leitung wird eine
Schicht eines isolierenden Materials, z-B. Siliciumoxid,
unter Verwendung eines herkömmlichen Verfahrens wie z.B. der pyrolythischen Aufdampfung oder durch thermisches Wachsen
ausgebildet, die als Maske für die Schutzringanordnung 5 dient. Diese isolierende Schicht ist nur noch als Teil 13
in der Darstellung gezeigt. Über der isolierenden Schicht wird eine lichtundurchlässige Deckschicht angebracht, die
aus KMER von Eastman Kodak bestehen kann und nach einer Belichtung
durch ein entsprechendes Abdeckmuster in einem Lösungsmittel behandelt wird, das das nichtbelichtete Material
entfernt. Das haftende Deckschichtmaterial und die nicht bedeckten Teile der isolierenden Schicht werden so lange einer
Ätzung unterzogen, bis die unbedeckten Teile der isolierenden Schicht entfernt sind. Dadurch wird der Oberflächenteil
11 auf .der Oberfläche 4 für eine nachfolgende Diffusion freigelegt,
mit welcher die Schutzringanordnung 5 gebildet wird.
Nunmehr wird die noch haftende Deckschicht entfernt und der Germaniumkörper 30 aus dem Träger 1 und der Schicht 3 in
einem Diffusionsofen mit einer IT-Fremdatome, z.B. einer Antimon enthaltenden Atmosphäre genügend lang erwärmt, um den
verhältnismässig tiefen Bereich 5 mit N-Leitung zu schaffen,
der als Schutzringanordnung für die Diode IO dient. Diese Schutzringanordnung verhindert einen vorzeitigen Durchbruch
an der Kante des später herzustellenden photoempfindlichen Übergangs auf Grund der Beseitigung des scharfen Radius der
Grenzschicht-Randkurve eines einfachen planaren Übergangs. Der Lawinendurchbruch an der Kante würde normalerweise verhindern,
dass der aktive Zentrumsbereich des Übergangs die hohe elektrische Feldstärke erreicht, die für die Lawinen-Verstärkung
notwendig ist. Eine hohe elektrische Feldstärke kann durch die Verwendung der Schutzringanordnung erreicht
werden, da der Radius der aus der grösseren Tiefe sich ergebenden Grenzschicht-Randkurve grosser ist und sich die
- 8 - Verarmungs ζ one
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Verarmungszone bis an beide Seiten dös Übergangs erstreckt.
Der Halbleiterkörper 30 wird aus dem Diffusionsofen genommen
und eine neue, nicht dargestellte und lichtundurchlässige
Deckschicht über der ursprünglich beibehaltenen isolierenden Schicht und der neuen, über dem Oberflächenteil 11 während
des Diffusionsvorgangs gebildeten isolierenden Schicht angebracht.
Die lichtundurchlässige Deckschicht wird als Maske ausgebildet, die den Teil der isolierenden Schichten über
dem Oberflächenabschnitt 15 der Oberfläche 4 freigibt, der
sich bis zu dem Oberflächenabschnitt 11 der oberen Fläche 4 und teilweise in diesen hinein erstreckt. Die Deckschicht
und der nicht abgedeckte Abschnitt der isolierenden Schichten werden so lange einer Ätzung unterzogen, bis dieser nicht
abgedeckte Abschnitt der isolierenden Schichten entfernt und der Oberflächenabschnitt 15 freigelegt ist.
Das Deckmaterial wird von dem Halbleiterkörper 30 entfernt und dieser erneut in den Diffusionsofen gebracht, der eine
Atmosphäre mit Fremdatomen mit N-Leitung, z.B. Antimon, enthält. Der Halbleiterkörper verbleibt im Ofen für eine Zeit,
die ausreicht, um einen relativ flachen, hochdotierten und aktiven Bereich 6 mit der Leitfähigkeit N+ zu schaffen, der
sich bis zu einem Ort zwischen dem aus s er en und inneren Umfang des Bereiches 5 mit N-Leitung erstreckt. Der Bereich 6
mit der Leitfähigkeit N+ und die P-leitende Schicht 3 bilden
den lichtempfindlichen, in Durchlassrichtung wirksamen Übergang 7, der die aktive, lichtempfindliche Grenzschicht der
Diode 10 ist.
Der Halbleiterkörper 30 wird nunmehr aus dem Ofen genommen und erneut mit einer lichtundurchlässigen Deckschicht überzogen,
auf der mit Hilfe einer Maske ein Muster angebracht wird. Diese Deckschicht wird auf den isolierenden Schichten,
die noch von den vorausgehenden Verfahrensschritten vorhanden
- 9 - sind
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sind, sowie auf der neuen isolierenden ScMcht angebracht,
die sich während dem letzten Diffusionsacliritt gebildet hat.
Diese Maske gibt den Teil der isolierenden Schichten frei, der den Oberflächenabschnitt- 8 der Oberfläche 4- bedeckt. Das
Deckschichtmaterial und die nicht bedeckten Abschnitte der isolierenden Schichten werden einer Ätzung unterzogen, wobei
die nicht abgedeckten Abschnitte der isolierenden Schichten entfernt und der Oberflächenabschnitt 8 freigelegt wird.
Auf der Oberfläche des lichtundurchlässigen Deckmaterials sowie dem freigelegten Oberflächenabschnitt 8 wird eine Metallschicht,
z.B. Aluminium, mit Hilfe eines herkömmlichen Verfahrens aufgebracht, Für dieses Verfahren kann eine HF
. Zerstäubung oder eine Materialaufdampfung Verwendung finden.
Die Oberfläche der Metallschicht wird anschliessend mit einer lichtundurchlässigen Deckschicht in der zuvor beschriebenen
Weise überzogen und derart maskiert, dass die ganze Metallschicht
ausser demjenigen Teil, der für den Kontakt 9 mit" P-Leitung benötigt wird, freiliegt. Der derart abgedeckte
Halbleiterblock wird sodann einer erneuten Ätzung unterzogen, wobei die gesamte nicht abgedeckte Metallschicht entfernt
wird. Es bleibt somit nur der Kontakt 9 mit B-Leitung
zurück. Nachdem die Deckschicht entfernt wurde, wird der Halbleiterkörper so lange erwärmt, dass der Kontakt 9 mit
P-Leitung mit der Schicht 3 mit P-Leitung eine Legierung
eingeht und somit ein legierter, als Sperring wirkender In-
t I Versionsbereich 16 mit der Leitfähigkeit P+ neben dem niederohmischen
Anschluss mit der Schicht 3 mit P-Leitung entsteht.
Der einen Sperring bildende Inversionsbereich 16 kann nicht nur durch das Legieren eines P-leitenden Metalls, sondern
auch durch einen Diffusionsschritt hergestellt werden. Ber
Kontaktanschluss 9 würde nachfolgend in der bereits beschriebenen Weise angebracht werden.
- 10 - Bie
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Die Oberfläche des Kontaktbereiches 9 mit P-Leitung sowie die isolierenden Schichten werden nunmehr erneut mit einer
lichtundurchlässigen Deckschicht überzogen, die in der bereits beschriebenen Weise durch eine Maskierung mit einem Muster
versehen wird, um Teile der isolierenden Schichten über dem Oberflächenabschnitt 15 der Oberfläche 4- freizulegen. Der
nicht bedeckte Abschnitt der isolierenden Schichten sowie das Deckmaterial werden einer Ätzung unterzogen, die lange
genug andauert, um die isolierenden Schichten von dem nicht bedeckten Abschnitt zu entfernen und die Oberfläche 15 freizulegen.
Das Deckmaterial wird nunmehr entfernt und eine neue Schicht eines lichtundurchlässigen Deckmaterials auf der Oberfläche
des Kontaktes 9 mit B-Leitung,der Oberfläche der isolierenden
Schichten und dem Oberflächenabschnitt 15 angebracht. Das Deckmaterial wird wiederum mit Hilfe einer Maske mit einem
entsprechenden Muster versehen, wobei der innere Abschnitt der Oberfläche 11 und der Abschnitt der isolierenden Schicht
über dem Susseren Teil des Oberflächenabschnittes 11 nicht abgedeckt wird. Auf der Oberfläche des Deckmaterials, dem
nicht abgedeckten Teil der isolierenden Schichten und dem freiliegenden Teil des Oberflächenabschnittes 11 wird mit
Hilfe einer HP Zerstäubung oder durch Aufdampfen eine doppelte Metallschicht, z.B. Molybdän und Gold, aufgedampft, dabei
kann zunächst die Molybdänschicht und dann die Goldschicht niedergeschlagen werden. Diese doppelte Metallschicht wird
anschliessend mit einer lichtundurchlässigen Deckschicht überzogen, die in der beschriebenen Weise durch eine Maskierung
mit einem Muster versehen wird, das alle Teile der Metallschicht ausser demjenigen Teil freilegt, der für den
Kontaktanschluss 12 mit N-Leitung benötigt wird. Die Halbleiterscheibe
wird sodann einer Ätzung unterzogen, bei der der gesamte Metallüberzug mit Ausnahme des Kontakanschlusses
12 mit N-Leitung wieder entfernt wird. Über diesen Kontaktanschluss wird die elektrische Verbindung mit demjenigen Teil
- 11 - des
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des Bereiches 6 mit der Leitfähigkeit N+ hergestellt, der
über der Schutzringanordnung mit IT-Leitung liegt. Das lichtundurchlässige Deckmaterial wird sodann von der Oberfläche
der Halbleiteranordnung entfernt.
Der rückseitige Metallkontakt 14 kann z.B. aus Gold bestehen und wird auf der Oberfläche 15 des Halbleiterträgers 1-durch
Aufdampfen hergestellt. Dadurch wird eine ohmische Verbindung mit dem rückwärtigen Bereich mit der Leitfähigkeit N+
geschaffen. Die Diode 10 kann auf geeigneten Flächen montiert werden, wobei die elektrischen Anschlüsse an den Kontaktbereich
9 mit P-Leitung, den Kontaktbereich 12 mit N-Leitung und
den rückwärtigen Kontaktbereich 14 angelegt werden.
ν Anstelle des Aufdampfens einer Schicht 3 mit N-Leitung auf
dem Halbleiterträger mit der Leitfähigkeit N+ kann auch der Bereich mit der Leitfähigkeit N+ durch Diffusion der Rückseite
des Trägermaterials mit P-Leitung gebildet werden. Die speziellen Verfahrensschritte zur Herstellung dieses rückwärtigen
Bereiches der Diode 10 sind nicht Teil der Erfindung.
In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt,
wobei die Diode 20 im wesentlichen gleich der Diode 10 gemäss Fig. 1 aufgebaut ist. Aus diesem Grund sind gleiche
Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen. Ein Unterschied der beiden Dioden besteht darin, dass die Diode 20 einen Bereich
21 mit der Leitfähigkeit P+ anstelle des Bereiches 1 " mit der Leitfähigkeit N+ bei der Diode 10 besitzt. Dieser
Bereich 21 wird durch eine tiefe Diffusion der Rückseite des Halbleiterträgermaterials mit P-Leitung gebildet. Der Bereich
3 mit P-Leitung kann auch durch epitaktisches Wachsen eines P-leitenden Materials auf einem Halbleiterträger 21 mit der
Leitfähigkeit P+ gebildet werden. Da jedoch keine Notwendigkeit für einen elektrischen Anschluss an den Bereich 21 mit
der Leitfähigkeit P+ besteht, ist keine Kontaktfläche erfbrderlich.
- 12 - Aus
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BAD
Aus der Gleichung (3) kanu man entnehmen, dass η in der
Schicht 21 mit der Leitfähigkeit P+ sehr viel kleiner ist als der Bereich 3 mit N-Leitung in der Nähe des Übergangs 7·
Wenn sich somit innerhalb der Diffusionslänge des lichtempfindlichen
Übergangs 7 der Bereich 21 mit der Leitfähigkeit P+ befindet, ergibt sich derselbe Effekt wie bei dem Aufbau
gemäss* Fig. 1 mit einem rückseitigen Übergang. Der Wert für
η kann im Bereich 3 mit P-Leitung in der Nähe des Übergangs
nicht aufrechterhalten werden, sodass die Neigung der Minoritätsträgerdichte und der Materialleckstrom kleiner werden. Obwohl
dieser Effekt weniger wirksam als bei dem Aufbau gemäss Pig 1 mit einem rückseitigen Übergang ist, hat der Aufbau
zur Verringerung des Materialleckstroms gemäss Fig. 2 den Vorteil, dass keine zusätzliche Vorspannung benötigt wird.
- 13 - Patentansprüche
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Claims (6)
1. Lichtelektrischer Strahlungsempfänger aus einem Halbleiter-"
material mit zwei Bereichen entgegengesetzter Leitfähigkeit und einem dazwischenliegenden lichtempfindlichen Übergang,
gekennzeichnet durch:
einen ersten, im Halbleiterkörper verlaufenden Bereich (3) vom ersten Leitfähigkeitstyp, der sich "bis zur einen öbsT-flache
(4) erstreckt;
einen im ersten Bereich liegenden flachen und hochdotierten
Bereich (6) vom zweiten Leitfähigkeltst;yp, der sich ebenfalls
bis zur einen Oberfläche erstreckt und zusammen mit dem ersten Bereich den lichtempfindlichen. Übergang (7)" des Strahlungsempfängers
bestimmt;
einen hochdotierten rückseitigen Bereich (l)t der sich Ms
zur gegenüberliegenden Oberfläche (15) erstreckt und der an zumindest einen Teil des ersten Bereiches angrenzt, wobei
zumindest ein Teil des rückseitigen Bereichs innerhalb einer Diffusionslänge des lichtempfindlichen Übergangs liegt, um
dadurch den Materialleckstrom des Strahlungsempfängers zn
} verringern,
und durch einen auf der einen Oberfläche vorgesehenen Kontraktj
anschluss für den ersten Bereich und einen ebenfalls auf der
- 14 - einen
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einen Oberfläche vorgesehenen Kontaktanschluss für den flachdotierten Bereich.
2. !lichtelektrischer Strahlungsempfänger nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Kontaktanschluss (14) auf der gegenüberliegenden Oberfläche des Halbleiterkörpers
vorgesehen ist und eine elektrische Kontaktverbindung mit dem rückseitigen Bereich herstellt, wobei der rückseitige
Bereich vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp ist und einen
rückseitigen Übergang (2) zwischen dem ersten Bereich (3) und de« rückseitigen Bereich (1) derart bestimmt, dass der Materialleckstroa
durch eine Torspannung des rückseitigen Übergangs in Sperrichtung verringerbar ist.
3- Lichtelektrischer Strahlungsempfänger nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass der rückseitige Bereich (1) vom selben Leitfähigkeitstyp wie der erste Bereich
(3) 1st.
4·. Lichtelektrischer Strahlungsempfänger nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Schutzringanordnung (5) mit entgegengesetzter Leitfähigkeit und einer inneren
und äusseren Umfangslinie im ersten Bereich (3) vorgesehen ist und sich bis zur einen Oberfläche (4) erstreckt.
5. Lichtelektrischer Strahlungsempfänger nach Anspruch 4-, dadurch
gekennzeichnet, dass ein flacher, hochdotierter Bereich (6) zentrisch innerhalb der Schutzringanordnung
(5) vorhanden ist und sich bis zu einem Abschnitt zwischen der inneren und äusseren umfangslinie der Schutzringanordnung
erstreckt.
6. Lichtelektrischer Strahlungsempfänger nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet,
dass der Halbleiterkörper aus Germanium, Silicium oder Indiumarsenid besteht.
- 15 909842/0974
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