DE3215083A1 - Majoritaetsladungstraeger-photodetektor - Google Patents
Majoritaetsladungstraeger-photodetektorInfo
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Description
-A-
Beschreibung Majoritätsladungsträger-Photodetektor
Die Erfindung betrifft einen Photodetector zur Umwandlung
von Lichtenergie in elektische Energie, mit einer Anzahl von Halb] eiLer;>chichten, von denen wenigstens einige gewisse
Schichten von einem anderen Leitfähigkeitstyp als gewisse
andere Schichten sind.
Die Entwicklung von optischen Kommunikationssystemen, welche optische Fasern auf S^2-BaSiS verwenden, hat das
Interesse an Lichtquellen und an Photodetektorkabeln stimuliert, welche innerhalb des Wellenlängenbereichs von
etwa 0,7 μΐη (Mikrometer) bis 1,6 μπι (Mikrometer) arbeiten.
Ein Photodetektor ist eine wesentliche Komponente eines solchen Systems und infolgedessen hat man große Anstrengungen
zur Entwicklung von Strukturen und Materialien für Photodetektoren unternommen.
Die Photodetektoren, die gegenwärtig für die Verwendung in auf Faserleitung basierenden optischen Kommunikationssystemen in Betracht kommen, fallen in drei allgemeine
Kategorien. Erstens gibt es die p-i-n Photodioden. Diese weisen jedoch den Nachteil auf, daß sie keine Stromverstärkung
ermöglichen. Zweitens sind die Avalanche- oder Zenerphotodioden entwickelt worden, welche selbsverständlich
eine Stromverstärkung haben. Der Avalancheprozeß verursacht jedoch ein Rauschen, welches für viele Verwendungen von
Kommunikationssystemen unerwünscht ist. Darüberhinaus ist eine große Vorspannung, üblicherweise von mehr als
30 Volt, erforderlich, um den Durchbruch zu erreichen.
Drittens sind hochempfindliche Phototransistoron entwickelt
worden. Dlci.se VotT i chiunqen haben jedoch im
Bereich geringer Eingangsleistung, in dem optische Kommunikationssysteme arbeiten und in dem eine große
Verstärkung besonders dringend erforderlich ist, nur eine geringe optische Verstärkung. Außerdem ist die
Ansprechzeit dieser Phototransistoren oft langsamer als es erwünscht ist, weil in der Basiszone Minoritätsladungsträger gespeichert werden.
Die genannten Probleme sind gemäß der vorliegenden Erfindung gelöst durch einen vielschichtigen Halbleiter-Photodetektor
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1.
Die Erfindung ist im f-lgendcn anhand eines Ausführungsbeispiels und in Verbindung mit der Zeichnung näher
beschrieben. In letzterer zeigen:
Fig. 1 einen Querschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Photodetektor
,
Fig. 2 ein Energiebanddiagramm eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, und
Fig. 3 die optische Verstärkung und die Empfindlichkeit eines Photodetektors als
Funktion verschiedener Eingangsleistungspegel für zwei verschiedene Vorspannungen.
Es wurde herausgefunden, daß Photodetektoren
eine schnelle Ansprechzeit haben, wenn sie die folgende sequentielle Anordnung von Schichten aufweisen:
eine erste Halbleiterschicht 13 von einem ersten Leitfähigkeitstyp, eine fünfte, undotierte Halbleiterschicht 11,
eine dritte Halbleiterschicht 9 vom zweiten Leitfähigkeitstyp, welche hoch dotiert und dünn ausgebildet ist, eine
vierte, undotierte Halbleiterschicht 7, und eine zweite Halbleiterschicht 5 vom ersten Leitfähigkeitstyp. Diese
Photodetektoren weisen auch eine große Empfindlichkeit
auf. Die erste und die fühfte Schicht 13 und 11 haben derartige Abstände zwischen den Energiebändern, daß die
Schichten für die interessierende Strahlung transparent sind, während die vierte Schicht 7 einen derartigen Energiebandabstand
aufweist, daß sie die einfallende Strahlung absorbiert; d.h., die Energiebandabstände der vierten
Schicht 7 und der zweiten Schicht 5 sind größer als der Energiebandabstand der fünften Schicht 11. Die dritte
Schicht 9 kann auch einen solchen Energiebandabstand aufweisen, daß sie einfallende Strahlung absorbiert. Die Schichtdicken
und die Dotierungsniveaus sind so ausgewählt, daß die Schicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp und die zwei
undotierten Schichten, d.h. die Schichten 11, 9 und 7, beim thermischen Gleichgewicht völlig verarmt sind. Das
Ausgangssignal - wird an den Kontakten 17 und 19 abgenommen.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der erste Leitfähigkeitstyp vom η-Typ. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel,
welches für den Betrieb bei einer einfallenden Wellenlänge von etwa 0,8 μπι bevorzugt wird, umfassen
die Schichten 5, 7 und 9 GaAs, und die Schichten 11 und 13 umfassen AlxGa, As, wobei χ so ausgewählt ist, daß
die Gitter der Schichten einander angepaßt sind, und, wenn die Vorrichtung von vorne beleuchtet wird, als Fenster
für die einstrahlende Strahlung wirken. Silicium und Beryllium werden als Dotierungsmittel für den n-Leitfähigkeitstyp
bzw. für den p-Leitfähigkeitstyp verwendet. Bei einem
weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel hat die Schicht eine hinreichende Dicke,um im wesentlichen die
gesamte einfallende interessierende Strahlung zu absorbieren.
Photodetektoren gemäß der vorliegenden Erfindung haben schnelle Ansprechzeiten, üblicherweise kleiner als
psec für volle Breite bei halbem Maximum und eine hohe Empfindlichkeit, üblicherweise größer als 500 Amp/w.
Die Schicht 5 ist eine Pufferschicht, welche wie ül/MHi
aufaewachsen wird, so daß die zusätzliche epitaktischen
Schichten auf einer hochqualitativen Schicht statt auf dem üblicherweise relativ niederqualitativen Substrat
gezüchtet werden. Falls die Pufferschicht ausgelassen worden ist/ ist daß Substrat der ersten Halbleiterschicht
äquivalent. Die Schichten 7, 9 und 11 können auch als Drain- Gate bzw. Source bezeichnet werden.
32150Ü3
Die Vorrichtung ist zweckmäßigerweise durch Molekularstrahl-Epitaxie
(molecular beam epitaxy (MBE)) hergestellt. Ein geeignetes MBE-System ist hinreichend ausführlich
in der US-PS 4,137,865 beschrieben, um dem Durchschnittsfachmann die Lehre zur Herstellung der epitaktischen Schichten
und der Photodetektoren gemäß der vorliegenden Erfindung zu vermitteln. Die elektrischen Kontake werden mit bekannten
und herkömmlichen Verfahren hergestellt. Die Mesastruktur und auch die Schicht 15 werden mit bekannten und herkömmlichen
Ätz- und Lithographieverfahren hergestellt. Die Vorrichtung kann aber auch nach anderen Verfahren hergestellt
werden.
Der erste Leitfähigkeitstyp kann entweder vom η-Typ oder
vom p~Typ sein. Bei dem weiter unten im Detail beschriebenen Ausführungsbeispiel wurde der n-Leitfähigkeitstyp ausgewählt,
weil er die monolithische Integration mit anderen Typen von Vorrichtungen, wie Lasern und Feldeffekttransistoren
(FETs) erleichtert. Die Wahl des ersten Leitfähigkeitstyps führt auch zu verschiedenen Vorrichtungscharakteristiken.
Im allgemeinen erhält man mit der η-Leitung als erstem Leitfähigkeitstyp Vorrichtungen, welche empfindlicher
sind aber langsamere Ansprechzeiten als solche Vorrichtungen aufweisen, bei denen der erste Leitfähigkeitstyp vom p-Typ
ist.
Die bevorzugten Schichtdicken und Dotierungskonzentrationen werden wie folgt erhalten. Die Schichten 7 und 9, d.h.
die Gate- und die Drainzonen, sollten zusammen hinreichen dick sein, um im wesentlichen die gesamte einfallende
Strahlung zu absorbieren. Für die meisten Halbleiter und
die interessierenden Wellenlängen sollte die Schicht 7 mindestens Ιμπι dick sein. Dünnere Schichten können eben- ·
falls verwendet werden; da jedoch einige der einfallenden Photonen durch Gate und Drain hindurchdringen, anstatt
absorbiert zu werden, wird entweder die Empfindlichkeit der Vorrichtung reduziert oder es entsteht durch die Lichtabsorption
in der Schicht 5 oder in dem Substrat eine "Diffusionsschwanz".
Die Halbleiter der Schichten 7, 9 und 11 werden so ausgesucht, daß die Barrieren- oder Schwellhöhe, 0 so
ausgewählt ist, daß Ev, das Energieniveau des Valenzbandes,
nicht das Fermi-Energieniveau E^ überschreitet. Tatsächlich
sollte E„ für einen effizienten Photodetektorbetrieb mindestens
mehrere kT von Ef entfernt sein. Falls diese Bedingung nicht erfüllt ist, kann die Schicht 9 nicht vollständig
verarmt werden. Die Barrierenhöhe wird etwa durch die folgende Beziehung bestimmt
wobei L1 und L0 die Dicke von Source bzw. Drain und Qc
die Anzahl der Träger/cm in der Schicht 9 und S die
Dielektrizitätskonstante der Schicht 9 ist. Im allgemeinen wächst der Wirkungsgrad der Vorrichtung, wenn 0ß kleiner
wird, der Dunkelstrom steigt jedoch an. Die genaue Wahl von 0_ ist somit ein Kompromiß zwischen Empfindlichkeit
einerseits und Dunkelstrom andererseits.
Die Dicken und die Dotierungskonzentrationen der Schichten 7, 9 und 11 sind so ausgewählt, daß die Schichten 7, 9
und 11 bei thermischem GLeichgewicht vollständig verarmen. Es ist erwünscht, daß diese Schichten bei thermischem
- ίο -
Gleichgewicht vollständig verarmen, so daß der Photodetektor bei allen Vorspannungen eine Majoritätsladungsträger-Vorrichtung
ist. Die Schicht 9 sollte dünn und hoch dotiert sein. Der Ausdruck hoch dotiert wird im Vergleich mit
den undotierten Schichten verwendet und bedeutet eine
17 —3 Ladungsträgerkonzentration von wenigstens 5x10 cm .
Die Schicht sollte hoch dotiert sein, um die gewünschte Barrieren- oder Schwellenhöhe zu erhalten. Der Ausdruck
dünn bedeutet, daß die Schicht 9 bei thermischem Gleichgewicht vollständig verarmt ist. Es kann unmöglich werden, die
Schicht 9 vollständig zu verarmen, wenn sie zu dick ist.
Die maximale Dicke für eine vollständige Verarmung ist imi allgemeinen 10 nm oder weniger. Wenn die
Schicht 9 dicker wird, werden die undotierten Schichten dünner. Es versteht sich, daß der Ausdruck undotiert,
wie er im Zusammenhang mit den Schichten 7 und 9 verwendet wird, so viel wie nicht vorsätzlich dotiert bedeutet und
eine Grunddotierung in diesen Schichten vorhanden sein kann, im allgemeinen vom p-Typ, mit einer Konzentration
kleiner als 5x10 /cm und im allgemeinen kleiner als
13 3
8x /cm . Die geringere Konzentration ist. wünschenswert, weil sie die Verarmung sowohl der undotierten als auch der hochdotierten Schichten erleichtert. Die gesamte Dotierungskonzentration in den Schichten 7, 9 und 11 muß hinreichend gering sein, damit das interne elektrischen Feld die Schichten bei thermischem Gleichgewicht verarmen kann.
8x /cm . Die geringere Konzentration ist. wünschenswert, weil sie die Verarmung sowohl der undotierten als auch der hochdotierten Schichten erleichtert. Die gesamte Dotierungskonzentration in den Schichten 7, 9 und 11 muß hinreichend gering sein, damit das interne elektrischen Feld die Schichten bei thermischem Gleichgewicht verarmen kann.
Die Halbleiterschichten können aus beliebigen Halbleitermaterialien
bestehen, deren Gitter zueinander passen, d.h., daß ihre Gitterparameter weniger als 0,1 % voneinander
abweichen. Es können zum Beispiel II-IV- oder III-V-Verbindungshalbleiter
oder Mischungen aus diesen verwendet
- li -
werden. Wenn Verbindungshalbleiter der Gruppe III-V verwendet
werden, können die vierte und die fünfte Schicht AlGaAs enthalten, während die erste, zweite und dritte Schicht
und das Substrat GaAs enthalten können. Die angepaßten oder aufeinander abgestimmten Gitterzusammensetzungen
sind GaAs und Al Ga1_ As, wobei χ in bekannter Weise so
ausgewählt ist, daß die Schichten aus GaAs und Al Ga1_ As
hinsichtlich ihrer Gitter aufeinander abgestimmt sind. Z. B. kann χ gleich 0,2 oder 0,3 sein oder einen Wert dazwischen
annehmen.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden Silicium bzw. Beryllium als Dotierungsstoffe für AlGaAs und GaAs
als η-Typ- bzw. als p-Typ-Dotierungsmittel verwendet. Die Wahl von Silicium anstelle von Zinn, welches bei den
meisten AlGaAs/GaAs-Laserherstellungen verwendet wird,
ist unüblich. Silicium wird jedoch deshalb als Dotierungsmittel verwendet, weil es ein abruptes Dotierungsprofil
liefert, welches für den Maioritätsladungsträger-Photodetektor bevorzugt wird.
Die Erfindung wird anhand von Photodetektoren, welche aus AlGaAs und GaAs hergestellt sind, näher veranschaulicht.
Typische Schichtdicken und Dotierungskonzentrationen für diese Photodetektoren, deren erster Leitfähigkeitstyp
der η-Typ ist, sind: Schicht 5, 2μπι; Schicht 7, 2μΐη; Schicht
9, 2x10^° cm J und 6 nm; Schicht 11, 50 bis 200
TR ^
nm'· Schicht 13, 2xlOx cm und 0,6 bis 2 μπι; und
19 —3
Schicht 15, 5x10 cm und 0,3μπι. Die undotierten Schichten
Schicht 15, 5x10 cm und 0,3μπι. Die undotierten Schichten
13 hatten eine Grund-Ladungsträgerkonzentration von 8x10 cm vom p-Typ. Diese Vierte führen bei thermischem Gleichgewicht
zu einer Verarmung der Schichten 7, 9 und 11.
Die Figur 2 zeigt das Energiebanddiagramm eines AlGaAs/As-Photodetektors
bei thermischem Gleichgewicht. Die Schichtdicken sind der besseren Übersicht wegen nicht maßstabsgerecht
gezeichnet. Die Schichtzusammensetzungen dieses Ausführungsbcispiels
wurden oben beschrieben und die Richtung der einfallenden Photonen ist ebenfalls gezeigt.
Der Betrieb der Vorrichtung wird kurz beschrieben. Die Vorrichtung mit einem Substrat vom η-Typ wird betrieben,
während Substrat und Drain positiv bezüglich dem Fenster oder der Sourceschicht vorgespannt sind. Es wird angenommen,
daß eine Lichtquelle (nicht dargestellt) Photonen emittiert, welche eine Energie haben, welche zwischen den Bandabstandsenergien
der Schichten 11 und 7 liegt, und die Gate- und die Drain-Schichten dieselbe Zusammensetzung haben. Die
Photonen werden dann sowohl in den Gate- als auch in den Drainzonen absorbiert, primär jedoch in dem Drainbereich,
und .die Elektron-Loch-Paare werden dort durch ein in dem Drainbereich existierendes elektrisches Feld
erzeugt und getrennt. Die Löcher, welche zu dem Potentialminimum oder der Potentialmulde bei der Schicht 9 driften,
unterliegen einer Potentialschwelle und ein Teil der Löcher wird sich bei dem Potentialminimum ansammeln. Wenn
der Akkumulationsprozeß hinreichend lange andauert, wird ein stationärer Zustand bei einem Punkt erreicht, wo die
Rate des ankommenden Flusses von Löchern der Rate des abströmenden Flusses von Löchern gleicht. Der letztgenannte
Fluß beruht auf auf entweder der Rekombination mit Elektronen oder auf auf thermionischer Emission über die Potentialschwelle.
Die akkumulierten Löcher reduzieren die Potientialschwelle
des Leitungsbandes und verstärken somit die Emission von
Majoritätsladungsträgern, d.h. die Elektronenemission von der Source. Im Falle der Photogeneration, bei welchem
der Strom klein ist im Vergleich zum Dunkelstrom wie es allgemein für schwache einfallende Leistung gilt, wurde
der folgende Ausdruck zur Beschreibung der optischen Verstärkung entwickelt:
„ d
G = -S (exp(qö0 AT)-I)
P q
Bei dieser Gleichung ist Jd der Dunkelstrom pro Einheitsfläche, p. ist die einfallende Leistung pro Einheitsfläche
undA0_ ist die durch die einfallende Strahlung verursachte
Schwellenerniedrigung. Die anderen Ausdrücke habe die oben beschriebenen Bedeutungen. Wenn die einfallende Leistung
anwächst, geht der Betrag der Schwellwerterniedrigung Δ0β allmählich der Sättigung entgegen und bewirkt eine
allmähliche Erniedrigung der optischen Verstärkung mit wachsender Leistung. Das heißt, die Empfindlichkeit der
Vorrichtung wächst, wenn die einfallende Leistung abnimmt.
Man glaubt, daß der Ladungsträgertransport bei Majoritätsladungsträger-Photodetektoren
und normalen Betriebsbedingungen hauptsächlich auf thermionischer Emission von Majoritätsladungsträgern
über die Potentialschwelle beruht. Normale Betriebsbedingungen bedeuten dabei, daß die Drainschicht
bezüglich der Sourceschicht für Substrate vom η-Typ positiv und für Substrate vom p-Typ negativ ist.
Die Vorspannung beträgt typischerweise 5 bis 10 Volt.
Es wurde, zum Beispiel von Bethe, hervorgehoben, daß thermionische
Emission vorherrscht, wenn praktisch alle Ladungsträger, welche sich zum Potentialmaximum bewegen, weniger
durch Kollision als vielmehr durch das Potential gestoppt
werden. Da heißt anders ausgedrückt, daß der Abstand, bei welchen sich die Potentialenergie um kT ändert, kleiner
als die mittlere freie Weglänge für den Impuls verschmierende
Kollisionen sein sollte. Diese Hypothese wurde durch eine lineare Relation in der Darstellung von log I
über V für einen AlGaAs/As-Photodetektor vom η-Typ bestätigt.
Die Figur 3 zeigt die Abhängigkeit der Empfindlichkeit
und der optischen Verstärkung der ankommenden Leistung für einen AlGaAs/AS-Photodetektor,dessen erster Leitfähigkeit
styp vom η-Typ ist, für Vorspannungen von 5 Volt und von 7 Volt. Die Vorrichtungsparameter waren wie oben beschrieben,
wobei die Schichten 11 und 13 Dicken von 0,05μπι bzw Ο,βμΐη hatten. Die Mesa war ovalförmig mit einer Fläche
von etwa l,3xlO~4 cm"2. Die Empfindlichkeit und die optische
Verstärkung sind auf der linken bzw. auf der rechten vertikalen Achse aufgetragen. Die in Figur 3 gezeigten Messungen
wurden vorgenommen, indem ein Photodetektor auf einer 50 Ohm-Streifenleitung montiert und ein AlGaAs/GaAs-Injektionslaser,
als Lichtquelle verwendet wurde, welche bei 83 00 Angström emittierte. Die Empfindlichkeitsmessungen
wurden direkt unter Verwendung eines kalibrierten Kurvenschreibers vorgenommen. Die optische Verstärkung ist mit
der Empfindlichkeit durch folgende Gleichung verknüpft
G = S(hV)/q
wobei hV die einfallende Photonenenergie und q die Elektronenladung
ist. Es wird darauf hingewiesen, daß die optische Verstärkung mit abnehmender einfallender Leistung zunimmt.
Für eine einfallende Leistung von 1,5 nW wurden optische Verstärkungen bis zu 10 00 erzielt. Dieses Ergebnis erscheint
besser als jede bekannte optische Verstärkung eines Phototransistors.
Obgleich die Empfindlichkeit mit wachsender Vorspannung ebenfalls wächst, sollte darauf hingewiesen werden, daß
der Dunkelstrom ebenfalls mit wachsender Vorspannung wächst. Infolgedessen hängt die optimale Vorspannung von dem Betrag
des Dunkelstroms ab, welchen das optische Kommunikationssystem vertragen kann.
Ein Betrieb mit relativ konstantem Dunkelstrom ist wichtig,
weil die Verstärkung proportional zu dem Dunkelstrom ist und, falls der Dunklestrom stark mit den Vorspannungsfluktuationen
fluktuiert, die Stabilität der Vorrichtung reduziert wird. Die Größe des Dunkelstroms wird durch die relative
Dicke der Source- und der Drainschicht gesteuert. Diese Bedingungen, daß heißt die Dicken der Source- und der
Drainschicht, führen zu einer hohen asymmetrischen Dunkelstrom/Spannungs-Charachteristic.
Diese Überlegungen bezüglich der Schichtdicken führen zu einem Dunkelstrom, welcher
gegenüber Fluktuationen der Vorpsannung relativ unempfindlich ist.
Die Ansprechzeit eines AlGaAs/GaAs-Photodetektors mit
η-Leitung als erstem Leitfähigkeitstyp wurde mit 40 psec
Impulsen mit einer Spitzenleistung von 20 mW von dem vorher erwähnten Laser geprüft. Die Anstiegszeit betrug etwa
50 psec. Die Abfallzeit betrug etwa 600 psec. Es wird angemommen, daß die Abfallzeit durch eine RC-Zeitkonstante
begrenzt ist. Ein AlGaAs/GaAs-Photodetektor mit p-Leitung als erstem Leitfähigkeitstyps, welcher ein Gegenstück
zu dem η-Typ-Photodetektor war, wurde ähnlich geprüft
und hatte eine Ansprechzeit von 60 psec für volle Breite bei halber Maximalhöhe.
Andere Ausführungsformen, welche von den im einzelnen
beschriebenen Ausführungsbeispielen abweichen, fallen
in den Schutzumfang der Erfindung. So kann der Photodetektor
zum Beispiel von hinten beleuchtet sein und eine verbesserte Abfall zeit aufweisen. In diesem Fall wären das Substrat
3 und die Schichten 5 und 7 für die einfallende Strahlung transparent. Auch wäre die Reihenfolge, in welcher die
Halbleiterschichten gezüchtet oder aufgebracht werden, die fünfte, die vierte, die dritte, die zweite und die
erste Schicht. Auch kann das InGaAs/InP-System dazu verwendet
werden, Photodetektoren herzustellen, welche nahe bei 1,3 μπι empfindlich sind.
Abschließend sei noch auf zwei Druckschriften hingewiesen,
welche bei oberflächlicher Betrachtung Strukturen zu beschreiben, welche der erfindungsgemäßen Vorrichtung ähnlich
erscheinen, in Wirklichkeit aber keine Photodetektoren sind. In Applied Physics Letters, 35, S. 63-65, 1. Juli
1979, wird über eine Vorrichtung mit Majoritätsladungsträgern berichtet, welche der Verfasser als Kamel-Diode bezeichnet.
Diese Bezeichnung wurde gewählt, weil in dem Leitungsband ein Hocker oder Buckel von einer dünnen und
hochdotierten p-Schicht gebildet wird, welche den Ladungsträgertransport steuert. Die Dotierungskonzentration in
dieser Schicht is so getroffen, daß sie bei allen Vorspannungswerten vollständig an Löchern verarmt ist. Über eine
weitere Version dieser Vorrichtung wird in Electronics Letters, 16, S. 836-838 vom 23 Oktober 1980 berichtet.
Diese Vorrichtung hat eine p-Typ-Schicht, welche den Ladungs-
trägertransport steuert und zwischen nominell nicht dotierten Halbleiterschichten eingebettet ist.
Diese in den beiden genannten Artikeln beschriebenen Vorrichtungen
sind jedoch elektrische Gleichrichtervorrichtungen und keine Photodetektoren. Wenn auch in dem letzgenannten
Artikel angedeutet ist, die Vorrichtungen könnten als Mischdioden verwendet werden, so wird doch in keinem der
beiden Artikel eine andere Verwendung vorgeschlagen und die in beiden Artikeln erwähnten Vorrichtungen sind für
die Verwendung als Photodioden nicht geeignet.
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Claims (1)
- BLUMBACH ::W.E3"ER: -BE1ReEN · KRAMER ZWIRNER · HOFFMANNPATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADENPalentconsult Radedcestraße 43 8000 München 60 Telefon (089)883603/883604 Telex 05-212313 Telegramme Patentconsull Paontconsult Sonnenberger Straße 43 6200 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 Telegramme PaientconsultWestern Electric Company, Incorporated Chen 1New York, N. Y. 10038, USAPatentansprüchePhotodetektor zur Umwandlung von Lichtenergie in elektrische Energie, mit einer Anzahl von Halbleiterschichten, von denen wenigstens gewisse Schichten einen unterschiedlichen Leitfähigkeitstyp haben als gewisse andere Schichten, gekennzeichnet durch '- eine erste und eine zweite Schicht (13, 5) eines ersten Leitfähigkeitstyps,- eine dritte Schicht (9) eines zweiten Leitfähigkeitstyps zwischen der ersten und der zweiten Schicht zur Bildung einer Potentialmulde zwischen der ersten und der zweiten Schicht und- eine vierte, im wesentlichen undotierte und an die dritte Schicht (9) angrenzende Schicht (7) zur Lichtabsorption, um Ladungsträger zu erzeugen, von denen bestimmte zu der Potentialmulde driften.2, Photodetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Schicht (7) zwischen der dritten Schicht (9) und der zweiten Schicht (5), und eine fünfte Schicht (11), welche im wesentlichen undotiert ist, zwischen der ersten und der dritten Schicht (13, 9) angeordnet sind.München: R. Kramer Dipl.-Ing. . W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. · E. Hoffmann Dipl.-Ing. Wiesbaden: P.G. Blumbach Dipl.-Ing. . P. Bergen Prof. Dr. jur.Dipl.-Ing., Pal.-Ass., Pat.-Anw.bis 1979 · G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.~ ο —3. Photodetektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die drtitte Schicht (9) eine größere Ladungsträgerkonzentration als 5xiol7 cm~^ aufweist.4. Photodetektor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Schicht (9) eine Dicke von 10 nitioder weniger aufweist.5. Photodetektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,daß die vierte Schicht (7) und die fünfte Schicht (11)13 —3 geringere Ladungsträgerkonzentrationen als 8x10 cmaufweisen.6. Photodetektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte Schicht (7) wenigstens 1 μπι dick ist.7. Photodetektor nach Anspruch 1 oder' 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschichten aus Il-VI-Verbindungsi halbleiter, Ill-V-Verbindungshalbleiter oder Mischungen hiervon aufgebaut sind.8. Photodetektor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (13), die fünfte (11) und die dritte(9) Halbleiterschicht GaAs und die genannte vierte
(7) und die zweite (5) Halbleiterschicht Al Ga1 As
umfassen.9. Photodetektor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, der erste Leitfähigkeitstyp vom η-Typ ist.10. Photodetektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das η-Typ Dotierungsinittel Silicium ist.11. Photodetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die vierte und die zweite Halbleiterschicht (7,5) Energiebandabstände aufweisen, die kleiner als der Energiebandabstand der ersten Halbleiterschicht (13) ist.
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