DE69213681T2

DE69213681T2 - Infrarotdetektor mit streifenförmigen Kontakten

Info

Publication number: DE69213681T2
Application number: DE69213681T
Authority: DE
Inventors: Russell D Granneman
Original assignee: Santa Barbara Research Center
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 1991-12-18
Filing date: 1992-12-11
Publication date: 1997-04-03
Anticipated expiration: 2012-12-12
Also published as: JPH0723854B2; IL103887A; EP0547516A3; EP0547516B1; IL103887A0; JPH05332821A; EP0547516A2; DE69213681D1; US5327005A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen rückseitig ausgeleuchteten Strahlungsdetektor mit:
- einem strahlungsempfindlichen Bereich, der eine erste Oberfläche zum Empfangen von einfallender Strahlung und eine zweite, gegenüberliegende Oberfläche aufweist; und
- einem elektrischen Kontakt, der leitend mit der zweiten Oberfläche des strahlungsempfindlichen Bereiches verbunden ist, wobei der Kontakt einen im wesentlichen ebenen oberen Abschnitt mit einer ersten Oberfläche und einer gegenüberliegend angeordneten zweiten Oberfläche aufweist, die der zweiten Oberfläche des strahlungsempfindlichen Bereiches gegenüberliegt.
Ein Strahlungsdetektor dieser Art ist aus der Internationalen Patentanmeldung WO 83/04456 bekannt.
Der offenbarte Detektor ist ein IR-Detektor jenes Typs, bei dem der Spannungsabfall über dem Detektor aufgrund eines von außen angelegten elektrischen Feldes von der Menge einfallender Strahlung abhängt. Der bekannte Detektor umfaßt eine Sperrschicht, die zwischen der Detektionsschicht und dem vorderen Detektorkontakt vorgesehen ist, um einen direkten elektrischen Kontakt zwischen dem vorderen Detektorkontakt und der Detektorschicht zu verhindern. Diese Sperrschicht ist gegenüber einfallender IR-Strahlung transparent.
Die Erfindung betrifft generell Strahlungsdetektoren und betrifft insbesondere rückseitig ausgeleuchtete Detektoren für Infrarotstrahlung (IR-Strahlung).
IR-Strahlungsdetektoren liefern einen elektrischen Ausgang, der ein Maß der einfallenden IR-Strahlung darstellt. Ein besonders brauchbarer IR-Detektor ist ein photovoltaischer Detektor (FV-Detektor), der aus strahlungsabsorbierendem Halbleitermaterial der Gruppe II-VI hergestellt ist wie Quecksilber-Cadmium-Tellurit (HgCdTe). HgCdTe-Detektoren werden typischerweise als lineare und zweidimensionale Arrays hergestellt. Generell stützt ein transparentes Substrat eine strahlungsabsorbierende Halbleiterschicht mit einer ersten elektrischen Leitfähigkeit ab, und eine zweite Halbleiterschicht mit einer entgegengesetzten elektrischen Leitfähigkeit bildet mit der ersten Schicht einen p-n-Übergang. Der Array kann in eine Vielzahl von p-n-übergängen unterteilt werden, indem das Halbleitermaterial selektiv geätzt wird, was zu der Ausbildung einer Vielzahl von hochstehenden "Mesa"-Strukturen führt, von denen jede ein Strahlungsdetektionselement oder -pixel enthält. Der Array umfaßt typischerweise eine Passivierungsschicht, die auf die äußere Oberfläche aufgebracht ist, um Oberflächenzustände und sich hieraus ergebende Rauschsignale zu reduzieren, die den Betrieb des p-n-Überganges nachteilig beeinflussen. Es kann auch eine Antireflexionsbeschichtung (AR-Beschichtung) über der Passivierungsschicht aufgebracht werden, um Reflexionen von einfallender Strahlung zu reduzieren. Jedes der Strahlungsdetektionselemente umfaßt einen Kontakt, der normalerweise in der Form von einem oder mehreren quadratischen oder runden Metallpads vorgesehen ist. Der (die) Kontaktpad (Kontaktpads) liefert (liefern) einen elektrischen Kontakt zwischen einem externen Schaltkreis zum Auslesen und dem p-n-Übergang, und zwar typischerweise über eine "Bump"-Verbindung aus Indium.
Wenn Strahlung in den Array über die untere Oberfläche des Substrates eintritt, d.h. jene Fläche, die der Oberfläche gegenüberliegt, die die strahlungsabsorbierende Halbleiterschicht abstützt, wird der Array als "rückseitig ausgeleuchteter Array" bezeichnet.
Es ist bestehende Praxis, einfallende Strahlung über den Array, insbesondere über lineare Arrays, mit einem sich drehenden Spiegel oder dergleichen zu scannen. Die Richtung der gescannten Strahlung wird als eine Scanachse bezeichnet und eine Quer- Scanachse wird als eine Achse definiert, die senkrecht zu der Scanachse verläuft. Es ist ebenfalls bestehende Praxis, den Detektorarray um eine Achse zu neigen oder zu drehen, derart, daß eine strahlungsempfangende Oberfläche des Arrays um einen Winkel gegenüber einfallender Strahlung geneigt ist. Diese Drehung des Arrays kann sowohl bei gescannten als auch bei ungescannten oder "starrenden" Detektorarrays erzielt werden.
Ein Problem, das sich während des Gebrauchs derartiger Detektorarrays ergibt, folgt aus einer Reflexion von Strahlung von den Kanten der Kontaktpads, der Mesa-Seitenwandflächen und dergleichen. Diese reflektierte Strahlung ist Strahlung, die zuerst unabsorbiert durch das Substrat, die strahlungsabsorbierende Halbleiterschicht und die darüberliegende Schicht mit entgegengesetzter Leitfähigkeit verläuft. Diese unabsorbierte Strahlung trifft von Fall zu Fall auf die oberseitigen Kanten und Merkmale des Arrays und wird von diesen zurück durch den Körper des Arrays reflektiert. Wenn die reflektierte Strahlung während des zweiten Durchgangs durch den Array nicht absorbiert wird, tritt die Strahlung aus der unteren Oberfläche des Substrats aus und kann sich zurück in den Raum ausbreiten. Dieses sich ausbreitende Strahlungssignal wird häufig als "Lichtsignatur" bezeichnet.
Es ist erkannt worden, daß sich ein wesentlicher Beitrag zu der Lichtsignatur aus der Reflexion an den Oberflächen und Kanten der Kontaktpads ergibt. Dies liegt an der von den runden oder quadratischen Pad-Geometrien herkömmlicher Strahlungsdetektoren gegebenen nicht optimalen Form und Größe, was die Minimierung von Reflexionen angeht.
Ein Nachteil beim Reduzieren der Größe der Strukturen der Kontaktpads besteht darin, daß nur eine kleinere als die optimale Flächengröße des Kontaktpads den darunterliegenden Detektor kontaktieren kann. Dies führt zu einer schlechten Kontaktwiderstandscharakteristik. Dieses Problem tritt insbesondere dann auf, wenn es gewünscht ist, die Fläche der quadratischen oder runden Kontaktpads zu reduzieren, um die reflektierte Lichtsignatur zu reduzieren. Das heißt, sobald die Kontaktpadfläche verkleinert ist, ist der Kontaktwiderstand generell erhöht.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen Strahlungsdetektor anzugeben, der eine Kontaktpadgeometrie aufweist, die, in Kombination mit einer benachbarten strahlungsabsorbierenden Schicht, den Beitrag des Kontaktpads zu der Lichtsignatur minimiert, während gleichzeitig der Widerstand des Kontaktpad vermindert wird.
Gemäß dem eingangs erwähnten Strahlungsdetektor wird diese Aufgabe dadurch erreicht, daß
zwischen der zweiten Oberfläche des strahlungsempfindlichen Bereiches und der zweiten Oberfläche des Kontaktes ein strahlungsabsorbierender Bereich angeordnet ist, der dazu dient, im wesentlichen die gesamte Strahlung zu absorbieren, die ansonsten auf die zweite Oberfläche des Kontaktes auftreffen und von dieser reflektiert werden würde; und
die zweite Oberfläche des Kontaktes zumindest einen im wesentlichen linearen, streifenartigen Abschnitt aufweist, der von dieser vorsteht und durch eine Öffnung in dem strahlungsabsorbierenden Bereich verläuft, um den elektrischen Kontakt mit dem strahlungsempfindlichen Bereich leitend zu verbinden.
Weiterhin umfaßt erfindungsgemäß ein Array aus rückseitig ausgeleuchteten, photovoltaischen Strahlungsdetektoren:
- ein elektrisch isolierendes Substrat, das aus einem Material besteht, das gegenüber Strahlung mit interessierenden Wellenlängen im wesentlichen transparent ist, wobei die Strahlung auf eine erste Oberfläche des Substrates auftrifft;
- eine erste Halbleiterschicht, die über einer zweiten Oberfläche des Substrates liegt und einen ersten Typ von elektrischer Leitfähigkeit aufweist, wobei die erste Halbleiterschicht Strahlung absorbiert, die von dem Substrat empfangen wird, und Ladungsträger hieraus erzeugt, wobei die erste Halbleiterschicht in eine Vielzahl von aktiven Bereichen unterteilt ist;
- eine zweite Halbleiterschicht, die über der ersten Halbleiterschicht innerhalb von jedem der aktiven Bereiche liegt, wobei die zweite Halbleiterschicht einen zweiten Typ von elektrischer Leitfähigkeit zum Bilden eines p-n-Überganges mit jedem der aktiven Bereiche aufweist;
- eine Passivierungsschicht, die über der ersten und der zweiten Halbleiterschicht liegt;
- eine opake, strahlungsabsorbierende Schicht, die über der Passivierungsschicht liegt; und
- einen elektrischen Kontakt für jeden der aktiven Bereiche, der mit der zweiten Halbleiterschicht durch im wesentlichen lineare, streifenartige Abschnitte hiervon leitend verbunden ist, die durch eine oder mehrere Öffnungen innerhalb eines unter der opaken, strahlungsabsorbierenden Schicht und der Passivierungsschicht liegenden Raumes verlaufen, wobei der Abschnitt bzw. jeder der mehreren Abschnitte eine Breite, eine Länge und eine Tiefe aufweist, wobei die Breite kleiner ist als die Länge und etwa senkrecht bezüglich einer Rotationsachse des Arrays angeordnet ist, um Reflexion von Strahlung von den Kontaktabschnitten zu reduzieren.
Die vorstehenden Probleme werden gelöst und weitere Vorteile werden erzielt durch einen photovoltaischen Infrarotdetektor, bei dem ein metallischer Kontaktpad einen darunterliegenden Strahlungsdetektor über einen oder mehrere dünne elektrische leitende Streifen kontaktiert. Die einzigartige dreidimensionale Struktur des Pads wird in Verbindung mit einer stark absorbierenden Beschichtung verwendet, die zwischen einer unteren Oberfläche des Kontaktpads und einer oberen Oberfläche des Strahlungsdetektors angeordnet ist. Die stark absorbierende Beschichtung dient dazu, die untere Oberfläche des metallischen Kontaktpads gegenüber jeglicher Strahlung zu maskieren, die darauf auftreffen und reflektiert werden würde. Im Ergebnis trifft nicht absorbierte oder Streu-Strahlung, die den Bereich des Kontaktpads erreicht, entweder auf die absorbierende Beschichtungsschicht oder auf das relativ kleine Target, das durch die Kante von dem einen oder mehreren dünnen elektrisch leitenden Streifen gebildet wird. Weiterhin sind der eine oder die mehreren dünnen Streifen vorzugsweise derart ausgerichtet, daß eine Längsachse von jedem der Streifen etwa senkrecht zu einer Rotationsachse des Arrays angeordnet wird, wodurch die Wahrscheinlichkeit, daß eine unerwünschte Reflexion auftritt, weiter reduziert ist. Bei einem gescannten Array führt dies dazu, daß die Längsachse von jedem Streifenkontakt etwa parallel zu der Scanachse liegt.
Diese und weitere Aspekte der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, in der:
Fig. 1a eine nicht-skalierte Seitenansicht eines Abschnittes eines linearen, rückseitig ausgeleuchteten Strahlungsdetektorarrays ist;
Fig. 1b eine Querschnittsansicht entlang der Linie b-b von Fig. 1a ist;
Fig. 1c eine Querschnittsansicht entlang der Linie c-c von Fig. 1a ist;
Fig. 2a eine teilweise ausgebrochene Seitenansicht eines Kontaktpads von einem solchen Typ ist, der zwei lineare Streifenkontakte aufweist, die einen darunterliegenden Strahlungsdetektor kontaktieren;
Fig. 2b einen quadratischen Kontaktpad darstellt, der drei lineare Streifenkontakte aufweist;
Fig. 3a und 3b eine vereinfachte Draufsicht bzw. eine vereinfachte Seitenansicht sind, die den linearen Array in einer um einen Winkel θ relativ zu einer Ebene geneigten Stellung zeigen, wobei die Ebene senkrecht zur einfallenden Strahlung ausgerichtet ist, wobei diese Figuren auch die Beziehung zwischen einer Scanachse, einer Quer-Scanachse und einer Rotationsachse darstellen; und
Fig. 4 ein Diagramm ist, das die Beziehung zwischen der relativen Lichtsignatur und einem Ausdruck Merkmalsbreite/optischer Unschärfedurchmesser zeigt.
Fig. 1 ist eine nicht-skalierte Seitenansicht eines Abschnittes eines linearen, rückseitig ausgeleuchteten Strahlungsdetektorarrays 10. Fig. 1b ist eine Querschnittsansicht des Arrays 10 entlang der Schnittlinie b-b von Fig. 1a, und Fig. 1c ist eine Schnittansicht des Arrays 10 entlang der Schnittlinie c-c von Fig. 1a. Bei der dargestellten Ausführungsform besteht der Array aus einem Material der Gruppe II-VI und spricht auf IR-Strahlung an.
Die IR-Strahlung trifft auf ein transparentes und elektrisch isolierendes Substrat 12 auf und tritt durch dieses hindurch. Die IR-Strahlung tritt in eine strahlungsabsorbierende Schicht 14a ein und wird innerhalb derselben absorbiert, wobei die absorbierte Strahlung Elektronen-Loch-Paare erzeugt. Die strahlungsabsorbierende Schicht 14a ist in eine Vielzahl von Mesa-Strukturen 16 unterteilt, von denen jede einzelne eine Schicht 14b vom p-Typ aufweist, die über der Schicht 14a vom n-Typ liegt und mit dieser einen p-n-Übergang 14c bildet. Unter dem Einfluß einer zwischen jedem Kontaktpad 20 und einem gemeinsamen Kontakt 22 angelegten Vorspannung diffundieren Minoritätsträger in Richtung auf die p-n-Übergänge 14c und werden dort gesammelt.
Optional wird eine stark leitende p+-Schicht 24 verwendet, um den Kontaktwiderstand zwischen dem Kontakt 20 und der Schicht 14b vom p-Typ zu vermindern. Über der p+-Schicht 24 und auch über den Mesa-Seitenwänden einschließlich der Kanten des p-n- Übergangs 14c ist eine Passivierungsschicht 26 ausgebildet. Eine optionale Antireflexionsbeschichtung (nicht gezeigt) kann ebenfalls über der Passivierungsschicht 26 abgeschieden sein und auch über der strahlungsempfangenden Oberfläche des Substrats 12.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine opake und strahlungsabsorbierende Schicht oder Beschichtung 18 über der Passivierungsschicht 26 abgeschieden. Die Bedeutung der absorbierenden Beschichtung 18 wird nachstehend im Detail erläutert.
Während der Herstellung und vor der Ausbildung des metallischen Kontaktpads 20 wird wenigstens eine lineare grabenartige Öffnung durch die absorbierende Beschichtung 18 und die darunterliegende Passivierungsschicht 26 von jeder Mesa-Struktur 16 hergestellt. Diese lineare, grabenförmige Form der Öffnung unterscheidet sich signifikant von der herkömmlichen runden oder quadratischen Öffnungsform, die typischerweise gebildet wird. Zwei geeignete Verfahren zum Ausbilden der Öffnung sind chemisches Ätzen oder Ionenfräsen, die durch Öffnungen innerhalb einer geeignet gemusterten Maskierungs schicht durchgeführt werden.
Während eines darauffolgenden Metallisierungsprozesses wird ein Metallfilm, der beispielsweise aus Au, Pt oder Al besteht, selektiv durch beispielsweise Sputtern, thermisches Verdampfen oder Elektronenstrahlabscheidung über der absorbierenden Beschichtung 18 und in dem zuvor ausgebildeten Graben abgeschieden. Der sich ergebende Kontakt 20 hat einen runden oder, wie es auch in den Fig. 2a und 2b zu sehen ist, einen quadratischen oberen Kontaktabschnitt und wenigstens einen linearen Streifenkontakt 20a, der sich hiervon nach unten durch die darunterliegenden Schichten 18 und 26 erstreckt, um die p+- Schicht 24 elektrisch zu kontaktieren.
In den Fig. 1b und 1c ist der Kontaktpad 20 mit einem einzelnen, sich nach unten erstreckenden, linearen Streifenkontakt 20a versehen.
Fig. 2a ist eine teilweise ausgeschnittene Ansicht des quadratischen Kontaktpads 20, der über der strahlungsabsorbierenden Schicht 18 angeordnet ist und zwei lineare Streifenkontakte 20a aufweist, die mit dem darunterliegenden Strahlungsdetektor gekoppelt sind. Fig. 2b stellt einen quadratischen Kontaktpad 20 mit drei linearen Streifenkontakten 20a dar. Die Darstellung der Fig. 2b zeigt den Kontaktpad 20 so wie er erscheinen würde, wenn er auf irgendeine Weise von dem Detektor entfernt und um eine Kante gedreht worden wäre.
Während des Gebrauchs und wie es auch in den Fig. 3a und 3b zu sehen ist, wird die einfallende Strahlung entlang der Scanachse über die Rückseite des Detektorarrays 10 gescannt. Die Streifenkontakte 20a sind, wie gezeigt, derart angeordnet, daß eine Länge (L) oder Längsachse von jedem Streifenkontakt 20a entlang der Scanachse auf im wesentlichen parallele Weise ausgerichtet ist, wobei zu realisieren ist, daß die Kontakte 20a tatsächlich auf der gegenüberliegenden Oberfläche des Arrays 10 angeordnet sind. Fig. 3b zeigt, daß der Array 10 vorzugsweise um einen Winkel θ relativ zu einer Ebene geneigt ist, die zur einfallenden Strahlung senkrecht ausgerichtet ist, um zu verursachen, daß alle spiegelnden Reflexionen außerhalb eines Akzeptanzkonus des umliegenden optischen Systems (nicht gezeigt) liegen. Ein geeigneter Wert für den Winkel θ ist 25º, obwohl eine Anzahl anderer Winkel in Abhängigkeit von den Charakteristiken des umgebenden Systems und den Reflexionscharakteristiken des Arrays 10 verwendet werden kann.
Wie es zu sehen ist, ist jeder Streifenkontakt 20a somit in einer senkrechten Orientierung bezüglich der Rotationsachse des Arrays 10 ausgerichtet. Bei einem gescannten Array ist die Scanachse somit in einer senkrechten Orientierung bezüglich der Rotationsachse und somit parallel zu der Längsachse von jedem Streifenkontakt 20a ausgerichtet. Es versteht sich, daß der Array 10 ein starrender ("staring") Array sein kann, der aus einem linearen oder zweidimensionalen Array von Detektoren besteht. Bei einem starrenden Array ist jeder Streifenkontakt 20a somit in der senkrechten Orientierung bezüglich der Rotationsachse des Arrays 10 ausgerichtet.
Es versteht sich, daß die Rotationsachse nicht durch den Array 10 verlaufen muß, wie es gezeigt ist, sondern außerhalb des Arrays angeordnet sein kann. Es versteht sich ebenfalls, daß die Streifenkontakte 20a nicht unbedingt genau senkrecht bezüglich der Rotationsachse ausgerichtet sein müssen, um aus der Lehre der Erfindung Nutzen zu ziehen. Umso mehr die Streifenkontakte 20a jedoch von einer senkrechten Ausrichtung bezüglich der Rotationsachse abweichen, umso größer wird die Fläche der Kontaktkante sein, die der einfallenden Strahlung präsentiert wird. Im Ergebnis wird die Amplitude der reflektierten Lichtsignatur umso größer sein.
Fig. 4 zeigt die Beziehung zwischen einem Wert, der durch eine Merkmalsbreite dividiert durch den optischen Unschärfedurchmesser gebildet ist, und der relativen Amplitude der Lichtsignatur. Der optische Unschärfedurchmesser ist gegeben durch den 1,22- fachen Wert von Lambda, dividiert durch die numerische Apertur, wie es von W. J. Smith, "Modern Optical Engineering", Seiten 138-140 (Mcgraw-Hill, Inc., 1966) beschrieben ist. Da die Merkmalsbreite entlang der Quer-Scanachse abnimmt, nimmt auch die Amplitude der Lichtsignatur ab. Dieses Diagramm zeigt deutlich, daß die Quer-Scanbreite eines Merkmals proportional zu dessen optischer Signatur ist. Die Signatur geht bei einem Wert von Merkmalsbreite/optischer Unschärfedurchmesser von 1 (eins) in einen horizontalen Verlauf über.
Als Ergebnis der in Fig. 4 gezeigten Beziehung läßt sich ableiten, daß die Breite der linearen Öffnung 20a, die durch die absorbierende Beschichtung 18 und die darunterliegende Passivierungsschicht 26 hindurch entlang der Rotationsachse oder der Quer-Scanrichtung (Aufrißachse) gebildet wird, vorzugsweise so klein gemacht wird wie es ein ausgewählter Fabrikationsprozeß erlaubt. In einer Richtung senkrecht zu der Rotationsachse und entlang der Richtung der Scanachse (Azimutachse) wird die Öffnung 20a vorzugsweise so lang wie möglich ausgebildet, um die Gesamtfläche des elektrischen Kontaktes mit der Fotodiode zu vergrößern. In allen Fällen überschreitet das Seitenverhältnis des linearen Streifenkontaktes 20a den Einheitswert, wobei das Seitenverhältnis als das Verhältnis von Länge (L) zu Breite (W) definiert ist.
In einem Beispiel kann ein quadratischer Kontaktpad Abmessungen von vier Mikrometern auf vier Mikrometern haben. Dieser Pad zeigt daher eine vier Mikrometer breite Kante entlang der Quer- Scanachse und hat insgesamt eine Kontaktoberfläche von 16 Mikrometern². Erfindungsgemäß und für eine Mesa-Struktur derselben Größe kann der obere Abschnitt des Kontaktpads vergrößert werden, derart, daß der lineare Streifenkontakt 20a Abmessungen von zwei Mikrometern auf 20 Mikrometern aufweist. Der Kontaktpad 20 der Erfindung zeigt daher nur eine zwei Mikrometer breite Kante entlang der Quer-Scanachse, wohingegen er insgesamt eine Kontaktoberfläche mit dem Strahlungsdetektor von 40 Mikrometern² aufweist.
Bei der Ausführungsform von Fig. 2a mit zwei Streifen ist die Gesamtbreite entlang der Quer-Scanachse bei Anwendung dieser repräsentativen Abmessungen auf vier Mikrometer vergrößert, während die Kontaktoberfläche insgesamt auf 80 Mikrometer² vergrößert ist. Bei der Ausführungsform von Fig. 2b mit drei Streifen beträgt die gesamte Quer-Scanbreite sechs Mikrometer und die gesamte Kontaktoberfläche ist auf 120 Mikrometer² vergrößert.
Es versteht sich, daß zwischen einem akzeptierbaren Wert der Lichtsignatur aufgrund der Reflexionen an Kontaktkanten und dem Kontaktwiderstand ein Kompromiß gebildet wird. Es versteht sich weiterhin, daß die p+-Kontaktschicht 24 eliminiert werden kann, wenn hinreichend Kontaktfläche bereitgestellt wird, während für die Lichtsignatur ein akzeptierbarer Wert beibehalten wird, wodurch die Komplexität, die Ausbeute und die Kosten der Arrayherstellung vermindert werden.
Obwohl die bislang beschriebene reduzierte Rotationsachsenbreite (Quer-Scanachsenbreite) des Kontaktes 20 das Reflexionsverhalten von dem Kontakt 20 vorteilhaft reduziert, bietet die Rückseite des oberen Abschnittes des Kontaktes 20, die wesentlich größer ausgebildet sein kann als der herkömmliche Kontakt, eine große Reflexionsfläche für Strahlung. Daher ist ein wichtiger Aspekt der Erfindung, die opake, strahlungsabsorbierende Beschichtung 18 vorzusehen, die zwischen der Rückseite des Kontaktes 20 und dem darunterliegenden Detektorbauteil angeordnet wird. Da nur der relativ schmale lineare Streifenkontakt 20a (Kontakte) sich nach unten durch die Beschichtung 18 erstreckt, empfängt oder reflektiert die Rückseitenfläche des Kontaktes 20 keinen wesentlichen Anteil von Strahlung. Wenn es gewünscht ist, kann über die obere Oberfläche der Passivierungsschicht 26 eine (nicht gezeigte) AR-Beschichtung aufgebracht werden, um Reflexionen an der Schnittstelle zwischen Passivierungsschicht 26 und absorbierender Beschichtung 18 zu minimieren.
Vorzugsweise ist die absorbierende Beschichtung 18 opak gegenüber Strahlung mit interessierenden Wellenlängen und absorbiert diese Strahlung in starkem Maße. Die Beschichtung 18 kann als eine mehrschichtige Dunkelspiegelbeschichtung (DMC) eines Typs ausgeführt sein, die beispielsweise in dem US-Patent Nr. 4,898,435 beschrieben ist, das am 6. Februar 1990 mit dem Titel "Dark Mirror Coated Prism" erteilt wurde. Das am 4. August 1981 mit dem Titel "High Absorption Coating" erteilte US-Patent mit der Nummer 4,282,290 ist ein weiteres Beispiel einer geeigneten Ausführungsform für die Beschichtung 18. In diesem Zusammenhang wird auch Bezug genommen auf H.A. Macleod, "Thin- Film Optical Filters", 2. Edition, Macmillan Publishing Co., 1986.
Bei einer vorgegebenen Ausführungsform bestimmt der relevante Spektralbereich, ob eine schwarze Beschichtung aus einer einzelnen Schicht oder eine mehrschichtige Dunkelbeschichtung für die absorbierende Beschichtung 18 verwendet wird. Im allgemeinen werden mehrschichtige Dunkelbeschichtungen für einen relevanten Spektralbereich ausgelegt, indem die für die verschiedenen Schichten verwendeten Materialien, die Dicke der Schichten und die Anzahl der Schichten variiert werden.
Die Abmessungen des Kontaktpads 20 hängen von der jeweiligen Anwendung ab. Beispielhafte Abmessungen für einen quadratischen Pad sind 20 Mikrometer Seitenlänge, wohingegen ein runder Pad einen Radius von 20 Mikrometern haben kann. Der Pad 20 hat eine Dicke (T) von einigen hundert Nanometern. Die Tiefe (D) der linearen Streifenkontakte 20a ist eine Funktion der darunterliegenden, opaken absorbierenden Beschichtung 18, der Passivierungsschicht 26 und jeglicher AR-Beschichtung, die auf die Schnittstelle von Passivierungsschicht 26 und absorbierender Schicht 18 aufgebracht ist. Eine Passivierungsschicht 26 kann zum Beispiel aus einem Halbleiter mit großer Bandbreite wie CdTe gebildet sein und eine Dicke von einigen hundert Nanometern haben. Die Dicke der absorbierenden Beschichtung ist abhängig von der jeweiligen Anwendung und dem Beschichtungsmaterial.
Obwohl der in Fig. 1 gezeigte Detektor ein Detektor vom Mesa-Typ ist, ist die Lehre der Erfindung auch auf rückseitig ausgeleuchtete planare Detektoren anwendbar.
Obwohl die Lehre der Erfindung im Zusammenhang mit einem gescannten Array aus IR-Detektoren einer PV-Gruppe II-VI beschrieben worden ist, versteht sich, daß die Lehre der Erfindung nicht hierauf begrenzt ist. Beispielsweise kann die Lehre der Erfindung auch auf fotoleitende Detektoren angewendet werden. Im allgemeinen können einzelne Bauteile, lineare Arrays und zweidimensionale Arrays aus gescannten oder ungescannten Strahlungsdetektoren aus der Lehre der Erfindung Nutzen ziehen. Die Lehre der Erfindung ist ebenfalls nicht auf die ausschließliche Verwendung mit IR-Detektoren begrenzt, sondern kann bei rückseitig ausgeleuchteten Strahlungsdetektoren eingesetzt werden, die auf das sichtbare oder andere Spektren ansprechen. Die Lehre der Erfindung kann auch bei Detektoren eingesetzt werden, die aus anderen Materialien wie der Gruppe IV oder der Gruppe III-V bestehen.

Claims

1. Rückseitig ausgeleuchteter Strahlungsdetektor, mit:

-einem strahlungsempfindlichen Bereich (14), der eine erste Oberfläche zum Empfangen von einfallender Strahlung und eine zweite, gegenüberliegende Oberfläche aufweist; und

-einem elektrischen Kontakt (20), der leitend mit der zweiten Oberfläche des strahlungsempfindlichen Bereiches (14) verbunden ist, wobei der Kontakt (20) einen im wesentlichen ebenen oberen Abschnitt mit einer ersten Oberfläche und einer gegenüberliegend angeordneten zweiten Oberfläche aufweist, die der zweiten Oberfläche des strahlungsempfindlichen Bereiches (14) gegenüberliegt, dadurch gekennzeichnet, daß

-ein strahlungsabsorbierender Bereich (18) zwischen der zweiten Oberfläche des strahlungsempfindlichen Bereiches (14) und der zweiten Fläche des Kontaktes (20) zum Absorbieren von im wesentlichen der gesamten Strahlung angeordnet ist, die ansonsten auf die zweite Oberfläche des Kontakts (20) auftreffen und von dieser reflektiert werden würde; und

-die zweite Oberfläche des Kontakts (20) zumindest einen im wesentlichen linearen, streifenartigen Abschnitt (20a) aufweist, der von dieser vorsteht und durch eine Öffnung (20b) in dem strahlungsabsorbierenden Bereich (18) verläuft, um den elektrischen Kontakt (20) mit dem strahlungsempfindlichen Bereich (14) leitend zu verbinden.

2. Rückseitig ausgeleuchteter Strahlungsdetektor nach Anspruch 1, wobei der im wesentlichen lineare, streifenartige Abschnitt (20a) bezüglich einer Rotationsachse des Detektors (10) so orientiert ist, daß eine Strahlungsreflexion von dem streifenartigen Abschnitt (20a) minimiert ist.

3. Rückseitig ausgeleuchteter Strahlungsdetektor nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die zweite Oberfläche des Kontakts (20) eine Vielzahl von den im wesentlichen linearen, streifenartigen Abschnitten (20a) aufweist, die hiervon vorstehen, wobei jeder der streifenartigen Abschnitte (20a) den elektrischen Kontakt (20) mit dem strahlungsempfindlichen Bereich (14) leitend verbindet.

4. Rückseitig ausgeleuchteter Strahlungsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer Passivierungsschicht (26), die zwischen der zweiten Oberfläche des strahlungsempfindlichen Bereiches (14) und dem strahlungsabsorbierenden Bereich (18) angeordnet ist.

5. Rückseitig ausgeleuchteter Strahlungsdetektor nach Anspruch 4, weiterhin mit einer Antireflexionsbeschichtung, die zwischen der Passivierungsschicht (26) und dem strahlungsabsorbierenden Bereich (14) angeordnet ist, um eine Strahlungsreflexion von einer Schnittstelle zwischen der Passivierungsschicht (26) und dem strahlungsabsorbierenden Bereich (14) zu minimieren.

6. Rückseitig ausgeleuchteter Strahlungsdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der strahlungsempfindliche Bereich (14) einen ersten Bereich (14a) mit einem ersten elektrischen Leitungstyp und einen zweiten Bereich (14b) mit einem zweiten elektrischen Leitungstyp zum Bilden eines p-n- Überganges (14c) mit dem ersten Bereich (14a) aufweist.

7. Rückseitig ausgeleuchteter Strahlungsdetektor nach Anspruch 6, wobei der p-n-Übergang (14c) in einer hochstehenden Mesastruktur (16) enthalten ist und wobei der elektrische Kontakt (20) benachbart einer oberen Oberfläche der Mesastruktur (16) angeordnet ist.

8. Array von rückseitig ausgeleuchteten photovoltaischen Strahlungsdetektoren, mit:

- einem elektrisch isolierenden Substrat (12) aus einem Material, das für Strahlung mit interessierenden Wellenlängen im wesentlichen transparent ist, wobei die Strahlung auf eine erste Oberfläche des Substrats (12) auftrifft;

- einer ersten Halbleiterschicht (14a), die über einer zweiten Oberfläche des Substrats (12) liegt und von einem ersten elektrischen Leitfähigkeitstyp ist, wobei die erste Halbleiterschicht (14a) von dem Substrat (12) empfangene Strahlung absorbiert und aus dieser Ladungsträger erzeugt, wobei die erste Halbleiterschicht (14a) in eine Vielzahl von aktiven Bereichen unterteilt ist;

- einer zweiten Halbleiterschicht (14b), die über der ersten Halbleiterschicht (14a) innerhalb von jedem der aktiven Bereiche liegt, wobei die zweite Halbleiterschicht (14b) von einem zweiten elektrischen Leitfähigkeitstyp ist zum Bilden eines p-n-Überganges (14c) mit jedem der aktiven Bereiche;

- einer Passivierungsschicht (26), die über der ersten und der zweiten Halbleiterschicht (14a, 14b) liegt;

- einer opaken, strahlungsabsorbierenden Schicht (18), die über der Passivierungsschicht (26) liegt; und

- einem elektrischen Kontakt (20) für jeden der aktiven Bereiche, der mit der zweiten Halbleiterschicht (14b) durch im wesentlichen lineare, streifenartige Abschnitte (20a) hiervon leitend verbunden ist, die durch eine oder mehrere Öffnungen innerhalb eines unter der opaken, strahlungsabsorbierenden Schicht (18) und der Passivierungsschicht (26) liegenden Raumes verlaufen, wobei der Abschnitt bzw. jeder der mehreren Abschnitte (20a) eine Breite (W), eine Länge (L) und eine Tiefe aufweist, wobei die Breite (W) kleiner als die Länge (L) ist, und etwa senkrecht zu einer Rotationsachse des Arrays angeordnet ist, um Strahlungsreflexion von den Kontaktabschnitten (20a) zu reduzieren.

9. Array von rückseitig ausgeleuchteten photovoltaischen Strahlungsdetektoren nach Anspruch 8, weiterhin mit einem Antireflexionsbereich, der zwischen der Passivierungsschicht (26) und der opaken, strahlungsabsorbierenden Schicht (18) angeordnet ist.

10. Array von rückseitig ausgeleuchteten, photovoltaischen Strahlungsdetektoren nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, weiterhin mit einem Bereich (24) erhöhter elektrischer Leitfähigkeit für jeden der aktiven Bereiche, der benachbart zu dem zweiten Halbleiterbereich (14b) angeordnet ist, um den zweiten Halbleiterbereich (14b) mit dem Abschnitt (20a) oder den Abschnitten (20a) des Kontaktes (20) leitend zu verbinden.