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DE1298209B - Photoelektrische Halbleiterdiode - Google Patents

Photoelektrische Halbleiterdiode

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Publication number
DE1298209B
DE1298209B DEN27196A DEN0027196A DE1298209B DE 1298209 B DE1298209 B DE 1298209B DE N27196 A DEN27196 A DE N27196A DE N0027196 A DEN0027196 A DE N0027196A DE 1298209 B DE1298209 B DE 1298209B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
concentration
heterojunction
type
impurity
junction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DEN27196A
Other languages
English (en)
Inventor
Newman Peter Colin
Beer Andrew Francis
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Koninklijke Philips NV
Original Assignee
Philips Gloeilampenfabrieken NV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from GB33876/64A external-priority patent/GB1119523A/en
Priority claimed from GB14739/65A external-priority patent/GB1044494A/en
Application filed by Philips Gloeilampenfabrieken NV filed Critical Philips Gloeilampenfabrieken NV
Publication of DE1298209B publication Critical patent/DE1298209B/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Description

Die Erfindung betrifft eine photoelektrische Halb- fläche entfernt ist, kann ein sehr hoher Umwandleiterdiode mit einem Halbleiterkörper, der einen lungsgrad eines äußeren Lichtstroms erzielt werden, Hetero-Übergang zwischen einem ersten Teil aus aber die Diode spricht auf ein breites Strahlungseinem ersten Halbleitermaterial und einem zweiten spektrum mit Quantenenergien an, die weit über dem Teil aus einem zweiten Halbleitermaterial mit klei- 5 Bandabstand des Halbleitermaterials liegen. Bei konnerem Bandabstand als das erste Halbleitermaterial ventionellen Photodioden, in denen der Übergang enthält und einen pn-Ubergang zwischen einer ersten stets weiter von der belichteten Oberfläche entfernt Zone des Körpers des einen Leitfähigkeitstyps (p ist, wird die Photodiode auf ein stets schmaleres oder n) und einer zweiten Zone des entgegengesetz- Spektrum ansprechen, so daß die Wirkung stets geten Leitfähigkeitstyps (n oder p) aufweist. ίο ringer wird.
Die Erfindung betrifft weiter Verfahren zur Her- Dieser Nachteil wird bei einer Photodiode mit
Stellung einer solchen photoelektrischen Halbleiter- einem Hetero-Übergang zwischen zwei Halbleiterdiode, materialien mit verschiedenen Bandabständen be-
Solche photoelektrischen Halbleiterdioden werden hoben. Eine bekannte Photodiode enthält einen unter anderem verwendet als Strahlungsdetektoren 15 pn-Hetero-Ubergang zwischen einem ersten Teil aus und zur Umwandlung von Strahlung in elektrische einem ersten Halbleitermaterial, ζ. B. p-Typ Gallium-Energien, z. B. in Sonnenbatterien. arsenid, und einem zweiten Teil aus einem zweiten
Bei einer Photodiode mit einem Halbleiterkörper Halbleitermaterial mit kleinerem Bandabstand als mit einem pn-übergang und Elektroden auf jeder das erste Material, z. B. η-Typ Germanium. Das Seite muß die zu detektierende Strahlung auf den 20 zweite Halbleitermaterial wird entsprechend dem Halbleiterkörper in der Nähe des pn-Überganges, Energiewert der zu detektierenden Strahlung derart gewöhnlich in einem Abstand von einigen Diffu- gewählt, daß die Absorptionslänge der Photonen der sionslängen der freien Ladungsträger in dem Halb- einfallenden Strahlung in dem Material gering ist. leiterkörper einfallen. Die Photodiode kann, wie Das Halbleitermaterial des ersten Teiles wird derart z. B. in Photodioden-Sonnenzellen, derart verwendet 25 gewählt, daß der Bandabstand größer ist als der werden, daß die Strahlung eine elektrische Spannung Energiewert der zu detektierenden Strahlung, und an den Elektroden und/oder einen elektrischen zwar derart, daß die Absorptionslänge dieser Strah-Strom durch einen äußeren Kreis zwischen den Elek- lung in dem Material groß ist. Der erste Teil aus troden erzeugt. Die Photodiode kann, wie in Photo- dem Halbleitermaterial mit größerem Bandabstand dioden-Strahlungsdetektoren, derart verwendet wer- 30 ist somit wie ein effektives Fenster für die zu detekden, daß eine Sperrspannung dem pn-übergang zwi- tierende Strahlung wirksam, wobei der Nachteil, den sehen den Elektroden zugeführt wird, wobei der in pn-übergang sehr nahe an der Oberfläche der eineinem äußeren Kreis zwischen den Elektroden von fallenden Strahlung anzuordnen, wenigstens teilweise der Strahlung erzeugte Strom für die Strahlung behoben wird, maßgebend ist. 35 " Bei einer solchen Hetero-Übergangs-Photodiode,
In beiden Fällen ist die Wirkungsweise derart, in der der pn-übergang an der Grenzfläche zwischen daß Photonen in dem Halbleiterkörper unter Erzeu- den zwei Halbleitermaterialien liegt, wird die Ergung von Elektronenlöcherpaaren absorbiert wer- schöpfungszone des Übergangs sich zwischen den den. Die in der Erschöpfungszone des Überganges beiden Materialien erstrecken, aber derjenige Teil oder innerhalb einer Diffusionslänge von der Er- 40 der Erschöpfungszone, der in dem Material mit gröschöpfungszone erzeugten Elektronenlöcherpaare ßerem Bandabstand, wird nicht bemerkenswert zu werden schnell durch das elektrische Feld am Über- der Absorption und somit nicht zu dem Ausgangsgang voneinander getrennt und tragen zum Aus- strom beitragen. Zudem kann, wenn der Heterogangsstrom bei. Es ist daher erwünscht, daß die Ab- Übergang durch Aufdampfen eines Halbleitermatesorption der einfallenden Strahlung in dem Körper 4-5 rials auf eine Unterlage aus dem anderen Halbleiterinnerhalb der Erschöpfungszone des pn-Überganges material hergestellt wird, die Grenzfläche eine so ge- oder innerhalb einer Diffusionslänge der Ladungs- ringe Qualität haben, daß die Eigenschaften des träger von der Erschöpfungszone erfolgt. Überganges beeinträchtigt werden.
Die Absorptionslänge der Photonen der einfallen- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die
den Strahlung hängt unter anderem von dem Band- 5° Nachteile der oben beschriebenen, bekannten, photoabstand des Halbleitermaterials ab, und bei bestimm- elektrischen Halbleiterdioden zu beseitigen oder ter Wellenlänge nimmt sie im allgemeinen bei zu- wenigstens beträchtlich zu verringern, nehmendem Bandabstand des Halbleitermaterials zu. Diese Aufgabe wird, ausgehend von einer photo-
Die Absorptionslänge L wird durch die Gleichung elektrischen Halbleiterdiode mit einem Halbleiter-
55 körper, der einen Hetero-Übergang zwischen einem
I(x) = 1(0) exp. (—x/L) ersten Teil aus einem ersten Halbleitermaterial und
einem zweiten Teil aus einem zweiten Halbleiterbestimmt, die für lineare Strahlung einer bestimmten material mit kleinerem Bandabstand als das erste Wellenlänge innerhalb des Materials gilt und in der Halbleitermaterial enthält, und einen pn-übergang /(0) die Lichtintensität an einer Bezugsebene, χ den 60 zwischen einer ersten Zone des Körpers des einen Abstand von der Bezugsebene, I(x) die Lichtinten- Leitfähigkeitstyps (p oder n) und einer zweiten Zone sität bei χ bezeichnen. des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps (n oder p)
Die Photodiode mit einem Halbleiterkörper mit aufweist, dadurch gelöst, daß die erste Zone voreinem pn-übergang in einem einzigen Halbleiter- wiegend innerhalb des ersten Teiles und die zweite material wird nachstehend eine konventionelle Photo- 65 Zone vollständig innerhalb des zweiten Teiles liegt diode genannt. In einer konventionellen Photodiode, und der pn-übergang in dem zweiten Teil in einem in der der pn-übergang innerhalb einiger Diffusions- solchen Abstand von dem Hetero-Übergang liegt, längen der Ladungsträger von der belichteten Ober- daß im Betrieb die Verarmungszone des pn-Über-
3 4
ganges praktisch vollständig innerhalb des zweiten korrespondierenden Erschöpfungszone praktisch mit
Teiles des Körpers liegt. dem Hetero-Übergang zusammenfällt.
Die Vorteile einer solchen photoelektrischen Halb- Um die maximale Lichtmenge aufzufangen, muß leiterdiode bestehen darin, daß, wenn der pn-Über- der stark absorbierende Teil der Erschöpfungszone gang in dem zweiten Teil des Körpers aus Halbleiter- 5 des pn-Überganges eine Breite von mehr als drei material mit kleinerem Bandabstand und die Er- Absorptionslängen haben für die Wellenlängen, aus schöpfungszone des pn-Überganges nahezu völlig in denen die einfallende Strahlung vorwiegend besteht, dem zweiten Teil liegt, die zur Verfügung stehende Es kann berechnet werden, daß bei einer Breite von Breite der Erschöpfungszone, wo Photonen, die zum drei Absorptionslängen bereits 95%, bei vier Ab-Ausgangsstrom beitragen, in erheblichem Maße ab- io sorptionslängen 98% und bei fünf Absorptionslänsorbiert werden, vergrößert wird, so daß die Ab- gen 99,4% der aufgefangenen Photonen absorbiert sorptionswirkung gesteigert und somit der Aus- werden. Eine größere Breite der Erschöpfungszone gangsstrom erhöht wird. Außerdem wird in einer könnte zu einer Zunahme der Laufzeit für die Hetero-Übergangs-Photodiode, in der die Verunrei- Löcherelektronenpaare führen, nigungskonzentration in dem Halbleitermaterial mit 15 Bei einer photoelektrischen Halbleiterdiode wergrößerem Bandabstand höher ist als die des Halb- den deshalb nach einer bevorzugten Ausführungsleitermaterials mit kleinerem Bandabstand, da die form der Erfindung die Dotierung von Material mit Breite der Erschöpfungszone unter anderem von der dem kleineren Bandabstand und die Sperrspannung Verunreinigungskonzentration abhängt und bei zu- über dem pn-übergang so gewählt, daß die Breite nehmender Verunreinigungskonzentration abnimmt, so der Erschöpfungszone größer ist als etwa drei Abdie effektive Breite der Erschöpfungszone weiter ver- sorptionslängen der Wellenlängen, aus denen die größert, wenn der pn-übergang in einem Abstand einfallende Strahlung vorwiegend besteht. Vorzugsvon dem Hetero-Übergang innerhalb des Materials weise werden Dotierung und Sperrspannung so gemit kleinerem Bandabstand liegt. Weiter wird in wählt, daß die Breite der Erschöpfungszone nicht dieser Weise die Zone mit dem starken Feld außer- 25 größer ist als etwa fünf Absorptionslängen. dem von der Grenzfläche des Hetero-Überganges ent- Der erste Teil des Halbleiterkörpers kann zum fernt, welcher Übergang sonst bei geringer Qualität Erzielen unter anderem eines scharfen Überganges der Grenzfläche bereits bei erheblich niedrigeren epitaktisch auf dem zweiten Teil des Körpers ange-Sperrspannungen Durchschlag verursachen würde, bracht werden.
als üblicherweise erwartet werden könnte. 30 Der erste Teil des Körpers kann dabei aus einem Der auf diese Weise erzielbare höhere Wirkungs- ersten Halbleitermaterial bestehen, das epitaktisch grad kann zum Detektieren einer Strahlung in einem auf dem zweiten Teil angewachsen ist, der aus einem breiten oder schmalen Spektrum durch passende zweiten Halbleitermaterial mit kleinerem Band-Wahl der Bandabstände des ersten und des zweiten abstand besteht als das erste Halbleitermaterial. Halbleitermaterials benutzt werden. 35 Vorzugsweise wird das erste Halbleitermaterial des Der pn-übergang kann in einem Abstand von ersten Teiles gebildet durch eine III-V-Halbleitervermindestens 1 μ, oder von mehr als 2 μ oder sogar bindung oder eine substituierte III-V-Halbleitervervon mehr als 3 μ von dem Hetero-Übergang ent- bindung und das zweite Halbleitermaterial des zweifernt sein. Der optimale Abstand zwischen dem ten Teiles durch eine III-V-Halbleiterverbindung Hetero- und dem pn-übergang hängt unter anderem 40 oder eine substituierte III-V-Halbleiterverbindung. von den Verunreinigungskonzentrationen in der Nähe Unter einer III-V-Halbleiterverbindung wird hier des Hetero- und des pn-Uberganges ab. In dem eine Verbindung zwischen nahezu gleichen Atom-Idealfall wird im normalen Betrieb kein Teil des mengen eines Elementes der Klasse Bor, Aluminium, zweiten Teiles des Halbleiterkörpers zwischen dem Indium, Gallium der Gruppe III-A des Periodischen pn- und dem Hetero-Übergang liegen, in dem die 45 Systems und eines Elementes der Klasse Stickstoff, Erschöpfungszone nicht vorhanden ist. Deshalb ist Phosphor, Arsen und Antimon der Gruppe V-A des eine bevorzugte Ausführung einer photoelektrischen Periodischen Systems verstanden. Unter einer subHalbleiterdiode nach der Erfindung dadurch gekenn- stituierten III-V-Halbleiterverbindung wird hier eine zeichnet, daß der pn-übergang in einem solchen Ab- III-V-Halbleiterverbindung verstanden, in der einige stand vom Hetero-Übergang liegt, daß dieser Ab- 50 Atome des Elementes der vorerwähnten Klasse der stand von der Erschöpfungszone des pn-Überganges Gruppe III-A durch Atome eines anderen Elementes bei einer über diesen Übergang angelegten Sperr- oder anderer Elemente der gleichen Klasse und/oder spannung praktisch erreicht werden kann. Das heißt, einige der Atome des Elementes der vorerwähnten daß es möglich ist, eine derartige Sperrspannung Klasse der Gruppe V-A durch Atome eines Elemenüber dem pn-übergang anzulegen, daß die Erschöp- 55 tes oder anderer Elemente der gleichen Klasse ersetzt fungszone den Hetero-Übergang erreicht, ohne daß sind.
die Gefahr eines Lawinendurchschlags an dem be- Der erste Teil kann dabei vorteilhaft aus Galliumtreffenden Übergang auftritt. arsenphosphid und der zweite Teil aus Gallium-
Bei einer anderen bevorzugten Ausführung der arsenid bestehen.
photoelektrischen Halbleiterdiode ist der Abstand 60 Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Photozwischen dem pn-übergang und dem Hetero-Über- diode nach der Erfindung ist die Stelle des pn-übergang in Zusammenhang mit der im Betriebszustand ganges in einem Abstand von dem Hetero-Übergang über dem pn-übergang angelegten Sperrspannung durch die vorhergehende Diffusion einer den Leitso gewählt, daß die Erschöpfungszone des pn-Über- fähigkeitstyp bestimmenden Verunreinigung des ganges sich praktisch bis zum Hetero-Übergang aus- 65 einen Typs in der Nähe des Hetero-Überganges bedehnt. In dieser bevorzugten Ausführung wird also dingt, welche Verunreinigung anfangs im ersten Teil im Betriebszustand eine derartige Sperrspannung in einer nahezu gleichmäßigen Konzentration vorüber dem pn-übergang angelegt, daß der Rand der handen ist, wobei die Diffusion von dem ersten Teil
in den zweiten Teil erfolgt ist, der anfangs eine nahe- In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform
zu gleichmäßige Konzentration der den Leitfähig- einer Photodiode nach der Erfindung liegt der
keitstyp bestimmenden Verunreinigung des entgegen- Hetero-Übergang zwischen einem ersten Teil aus
gesetzten Typs enthält, welche Konzentration nied- einem ersten Material mit einer praktisch gleich-
riger ist als die Konzentration der Verunreinigung 5 mäßigen Konzentration einer den Leitfähigkeitstyp
des einen Typs in dem ersten Teil. bestimmenden Verunreinigung des entgegengesetzten
Bei einer wichtigen Ausführungsform einer solchen Typs und einem zweiten Teil aus einem zweiten
Vorrichtung liegt der Hetero-Übergang zwischen Material mit kleinerem Bandabstand als das Material
einem ersten Teil und einem zweiten Teil, wobei der des ersten Teiles und mit einem höheren spezifi-
erste Teil aus n-Typ-Gallium-arsenphosphid mit an- io sehen Widerstand und mit einer praktisch gleich-
fangs einer praktisch gleichmäßigen Donatorkonzen- mäßigen Konzentration einer den Leitfähigkeitstyp
tration epitaktisch auf einem zweiten Teil aus GaI- bestimmenden Verunreinigung des entgegengesetzten
liumarsenid angewachsen ist, welcher zweite Teil an- Typs, die niedriger ist als die Konzentration der Ver-
f angs eine praktisch gleichmäßige Konzentration unreinigung des entgegengesetzten Typs in dem ersten
eines Akzeptors enthält, wobei die Konzentration 15 Teil, wobei die Konzentration der Verunreinigung
niedriger ist als die Donatorkonzentration in dem des entgegengesetzten Typs in der Nähe des Hetero-
ersten Teil und der pn-übergang in dem zweiten Teil Überganges allmählich von dem ersten Teil zu dem
in einem Abstand von dem Hetero-Übergang liegt zweiten Teil verläuft und die Stelle des pn-Uber-
infolge der vorhergehenden Diffusion des Donators ganges in einem Abstand von dem Hetero-Übergang
in der Nähe des Hetero-Uberganges von dem ersten 20 in dem ersten Teil vorwiegend durch eine vorher-
Teil in den zweiten Teil. In dieser Vorrichtung kann gehende Diffusion einer Verunreinigung des einen
der Donator aus Zinn und der Akzeptor aus Zink Typs in dem Halbleiterkörper über mindestens einem
bestehen. Oberflächenteil des ersten Teiles bedingt ist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform In einer wichtigen Ausführungsform einer solchen der Photodiode gemäß der Erfindung liegt der 25 Vorrichtung liegt der Hetero-Übergang zwischen Hetero-Übergang zwischen einem ersten Teil und einem ersten Teil aus Gallium-arsenphosphid mit einem zweiten Teil, wobei der erste Teil aus einem einer nahezu gleichmäßigen Donatorkonzentration ersten Halbleitermaterial besteht mit einer praktisch und einem zweiten Teil aus Galliumarsenid gleichmäßigen Konzentration einer den Leitfähig- höheren spezifischen Widerstands mit einer keitstyp bestimmenden Verunreinigung des entgegen- 30 nahezu gleichmäßigen Donatorkonzentration, die gesetzten Typs und der zweite Teil aus einem zwei- niedriger ist als die Konzentration des Donators ten Halbleitermaterial besteht mit geringerem Band- in dem ersten Teil, wobei die Konzentration des abstand als das Material des ersten Teiles und mit Donators in der Nähe des Hetero-Überganges allniedrigerem spezifischem Widerstand und mit an- mählich von dem ersten Teil zu dem zweiten Teil fangs einer praktisch gleichmäßigen Konzentration 35 verläuft und der pn-übergang in dem zweiten Teil einer den Leitfähigkeitstyp bestimmenden Verunrei- durch die Diffusion eines Akzeptors in dem Halbleinigung des entgegengesetzten Typs, welche Konzen- terkörper über mindestens einem Oberflächenteil des tration höher ist als die Konzentration der Verunrei- ersten Teiles bedingt wird. Der erste Teil aus GaI-nigung des entgegengesetzten Typs in dem ersten lium-arsenphosphid kann dabei vorteilhaft epitaktisch Teil, wobei die Konzentrationsänderung der Ver- 40 auf dem zweiten Teil aus Galliumarsenid angewachunreinigung des entgegengesetzten Typs in der Nähe sen werden. Der Donator des ersten Teiles und des des Hetero-Überganges allmählich von dem ersten zweiten Teiles kann Zinn und der Akzeptor kann zu dem zweiten Teil verläuft und die Stelle des Zink sein.
pn-Überganges in einem Abstand von dem Hetero- Bei einer photoelektrischen Halbleiterdiode nach Übergang in dem zweiten Teil vorwiegend durch eine 45 der Erfindung kann der erste Teil aus einem Halbleivorhergehende Diffusion der Verunreinigung des termaterial mit größerem Bandabstand als das Mateeinen Typs in dem Halbleiterkörper über mindestens rial des zweiten Teiles bestehen, so daß der Bandeinem Oberflächenteil des ersten Teiles bedingt wird. abstand des Materials des ersten Teiles allmählich In einer wichtigen bevorzugten Ausführungsform von dem Hetero-Übergang zu der Oberfläche des dieser Vorrichtung liegt der Hetero-Übergang zwi- 50 ersten Teiles zunimmt. Eine solche Bauart laßt sich sehen einem ersten Teil aus Gallium-arsenphosphid vorteilhaft in einem Detektor für Strahlung in einem mit einer praktisch gleichmäßigen Konzentration schmalen Band anwenden, wobei die Bandbreite der eines Donators und einem zweiten Teil aus Gallium- spektralen Empfindlichkeit durch die zugeführte Spanarsenid mit niedrigerem spezifischem Widerstand nung geändert werden kann.
und mit einer nahezu gleichmäßigen Donatorkonzen- 55 Ein Verfahren zur Herstellung einer photoelektritration, die höher als die Donatorkonzentration in sehen Halbleiterdiode nach der Erfindung ist dadurch dem ersten Teil ist, wobei die Konzentration des Do- gekennzeichnet, daß anfangs der Hetero-Übergang nators in der Nähe des Hetero-Überganges allmäh- zwischen dem ersten Teil aus dem ersten Material mit lieh von dem ersten Teil in Richtung auf den zweiten einer praktisch gleichmäßigen Konzentration der Ver-Teil verläuft und der pn-übergang in dem zweiten 60 unreinigung des einen Typs und einem zweiten Teil Teil durch die Diffusion eines Akzeptors in dem aus dem zweiten Material mit einer praktisch gleich-Halbleiterkörper über mindestens einem Oberflächen- mäßigen Konzentration der Verunreinigung des entteil des ersten Teiles angebracht ist. Der erste Teil gegengesetzten Typs, die niedriger ist als die Konaus Gallium-arsenphosphid kann epitaktisch auf dem zentration der Verunreinigung des einen Typs in dem zweiten Teil aus Galliumarsenid niedergeschlagen 65 ersten Teil angebracht wird, worauf das Ganze zum sein. Der Donator des ersten Teiles kann Zinn, der Diffundieren der Verunreinigung des einen Typs in des zweiten Teiles auch Zinn und der Akzeptor kann der Nähe des Hetero-Uberganges von dem ersten Teil Zink sein. in den zweiten Teil erhitzt wird, um den pn-übergang
in dem zweiten Teil in einem Abstand von dem Hetero-Übergang anzubringen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsweise des Verfahrens enthält der erste Teil außerdem eine Konzentration einer den Leitfähigkeitstyp bestimmenden Verunreinigung des entgegengesetzten Typs, die niedriger ist als die Konzentration der Verunreinigung des einen Typs und die im Gleichgewicht mit der Konzentration der Verunreinigung des entgegengesetzten Typs in dem zweiten Teil ist.
Der Hetero-Übergang kann vorteilhaft durch epitaktisches Niederschlagen des Materials des ersten Teiles auf der Unterlage aus dem Material des zweiten Teiles gebildet werden. Nach einer bevorzugten Ausführungsform dieses Verfahrens besteht das epitaktisch angebrachte Material des ersten Teiles aus Gallium-arsenphosphid, das eine praktisch gleichmäßige Donatorkonzentration enthält, während das Material des zweiten Teiles, auf welches das erste niedergeschlagen wird, aus Galliumarsenid besteht, ao das eine nahezu gleichmäßige Akzeptorkonzentration besitzt, die niedriger ist als die Donatorkonzentration des ersten Teiles. Der Donator kann dabei mit Vorteil Zinn und der Akzeptor kann Zink sein.
Nach dem epitaktischen Anwachsen des ersten Teiles und vor der Erhitzung kann mit Vorteil eine Siliziumoxydschicht mindestens auf der Oberfläche des ersten Teiles angebracht werden, um die Ausdiffusion aus dem ersten Teil während der späteren Erhitzung zu beschränken.
Bei einer zweiten Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer photoelektrischen Halbleiterdiode nach der Erfindung wird anfangs der Hetero-Übergang zwischen einem ersten Teil hohen spezifischen Widerstands aus einem ersten Material mit einer praktisch gleichmäßigen Konzentration einer den Leitfähigkeitstyp bestimmenden Verunreinigung des entgegengesetzten Typs und einem zweiten Teil niedrigen spezifischen Widerstands aus dem zweiten Material mit einer nahezu gleichmäßigen Konzentration einer den Leitfähigkeitstyp bestimmenden Verunreinigung des entgegengesetzten Typs gebildet, wobei die Konzentration höher ist als die Konzentration der Verunreinigung des entgegengesetzten Typs in dem ersten Teil und gleichzeitig oder nachher ein allmählicher Konzentrationsverlauf der Verunreinigung des entgegengesetzten Typs in der Nähe des HeteroÜberganges zustande gebracht wird, worauf eine Verunreinigung des einen Typs mindestens in die Oberfläche des ersten Teiles eindiffundiert wird, um den pn-übergang in dem zweiten Teil in einem Abstand von dem Hetero-Übergang anzubringen.
Der Hetero-Übergang kann dabei vorteilhaft durch epitaktisches Anwachsen des Materials des ersten Teiles auf der Unterlage aus dem Material des zweiten Teiles gebildet werden.
Ein allmählicher Verlauf der Konzentration der Verunreinigung des entgegengesetzten Typs in der Nähe des Hetero-Überganges wird bei einer bevorzugten Ausführungsweise des Verfahrens nach der Erfindung durch Erhitzung nach dem epitaktischen Anwachsen und vor der Diffusion der Verunreinigung des einen Typs bewirkt. Bei einer wichtigen Ausführungsform dieses Verfahrens wird der erste Teil aus n-Typ-Galliumarsenphosphid epitaktisch auf einem zweiten Teil aus n+-Typ-Galliumarsenid angewachsen, während die Erhitzung zur Wiederverteilung der Donatorkonzentration in der Nähe des Hetero-Überganges zur Bildung eines allmählichen Verlaufs der Donatorkonzentration durchgeführt wird, worauf ein Akzeptor mindestens in die Oberfläche des epitaktisch angewachsenen Gallium-arsenphosphids eindiffundiert wird, um den pn-übergang im zweiten Teil anzubringen. Der Donator in dem ersten Teil und in dem zweiten Teil kann Zinn und der Akzeptor kann Zink sein.
Nach einer dritten Ausführungsweise des Verfahrens zur Herstellung einer photoelektrischen Halbleiterdiode nach der Erfindung wird anfangs der Hetero-Übergang zwischen dem ersten Teil niedriger spezifischen Widerstands aus dem ersten Material mit einer praktisch gleichmäßigen Konzentration einer Verunreinigung des entgegengesetzten Typs und einem zweiten Teil hohen spezifischen Widerstands aus einem zweiten Material mit einer praktisch gleichmäßigen Konzentration einer Verunreinigung des entgegengesetzten Typs gebildet, welche Konzentration niedriger ist als die der Verunreinigung des entgegengesetzten Typs in dem ersten Teil, wobei gleichzeitig oder nachher ein allmählicher Konzentrationsverlauf der Verunreinigung des entgegengesetzten Typs in der Nähe des Hetero-Übergangs zustande gebracht wird und nachträglich eine Verunreinigung des einen Typs mindestens in die Oberfläche des ersten Teils eindiffundiert wird, um den pn-übergang in dem zweiten Teil in einem Abstand von dem Hetero-Übergang anzubringen.
Bei diesem Verfahren kann der Hetero-Übergang vorteilhaft durch epitaktisches Anwachsen des Materials des ersten Teiles auf einer Unterlage aus dem Material des zweiten Teiles gebildet werden, wobei der allmähliche Verlauf der Konzentration der Verunreinigung des entgegengesetzten Typs in der Nähe des Hetero-Überganges durch Erhitzung nach dem epitaktischen Anwachsen und vor der Diffusion der Verunreinigung des einen Typs bewirkt werden kann.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform dieses Verfahrens wird ein erster Teil aus n+-Typ-Galliumarsenphösphid epitaktisch auf dem zweiten Teil aus n-Typ-Galliumarsenid angebracht, und die Erhitzung erfolgt, um den Donator in der Nähe des Hetero-Überganges aufs neue zu verteilen, zum Erzielen eines progressiven Verlaufs der Konzentration, worauf ein Akzeptor in die Oberfläche des ersten und des zweiten Teiles in einer solchen Konzentration eindiffundiert wird, daß der pn-übergang in dem zweiten Teil liegt. Der Donator in dem ersten und in dem zweiten Teil kann Zinn und der Akzeptor kann Zink sein.
Die Diffusion des Akzeptors soll derart geregelt werden, daß die endgültige Konzentration in dem ersten Teil geringer ist als die des Donators und in dem zweiten Teil außerhalb des pn-Überganges stets größer als die Donatorkonzentration darin ist.
Bei dem Verfahren nach der zweiten und der dritten Ausführungsweise des Verfahrens nach der Erfindung wird der progressive Verlauf der Konzentration der Verunreinigung des entgegengesetzten Typs in der Nähe des Hetero-Überganges gleichzeitig mit der Bildung des Hetero-Überganges erhalten, z. B. wenn der zweite Teil auch aus epitaktisch angebrachtem Material besteht, durch Änderung der Konzentration der Verunreinigung während des Ablaufs des Anwachsens des zweiten Teiles und während des Beginns des Anwachsens des ersten Teiles.
Zwei Ausführungsformen einer photoelektrischen Halbleiterperiode nach der Erfindung werden nach-
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stehend näher erläutert, wobei Einzelheiten der zwei- sehen Widerstands mit Mangan als Akzeptorverunreiten und dritten Ausführung des Verfahrens nach der nigung in einer Konzentration von etwa 3XlO17At/ Erfindung an Hand der schematischen Zeichnung er- cm8 in Form einer Scheibe von 1X1 cm wird bis zu örtert werden. einer Dicke von 250 μ zur Bildung der Unterlage 4
F i g. 1 und 2 zeigen graphisch die Konzentration C 5 abgeschliffen und derart poliert, daß eine praktisch der Verunreinigungszentren in dem Halbleiterkörper einwandfreie Kristallstruktur und eine optisch ebene einer ersten Ausführungsform einer Photodiode nach Fläche an einer der größeren Oberflächen erhalten der Erfindung während zweier Stufen der Herstel- werden. Die Schicht 5 aus p-Typ-Galliumarsenid mit lung, und einer Dicke von 10 μ wird epitaktisch auf der behan-
Fig. 3 und 4 zeigen graphisch die Konzentration C io delten Oberfläche aus der Dampfphase angebracht, der Verunreinigungszentren in dem Halbleiterkörper Die Galliumarsenidschicht wird bei 750° C durch die in einer zweiten Ausführungsform einer Photodiode Reaktion von Gallium und Arsen gebildet, wobei das nach der Erfindung während zweier Herstellungs- Gallium durch die Zersetzung von Galliummonochlostufen. rid und das Arsen durch die Reduktion von Arsentri-
Nach den F i g. 1 und 2 enthält die Photodiode 15 chlorid mit Wasserstoff erhalten werden. Gleichzeitig einen Halbleiterkörper mit einem ersten Teil 1 mit dem Anwachsen des Galliumarsenids wird Zink aus Galliumarsenphosphid der Zusammensetzung derart niedergeschlagen, daß die epitaktische Schicht GaAs08P02 und einem zweiten Teil 2 aus Gallium- eine gleichmäßige Zinkkonzentration von 3 X1015 At/ arsenid mit einem zwischen diesen liegenden Hetero- cm3 besitzt. Das Anwachsen wird fortgesetzt, bis eine Übergang 3. Der zweite Teil aus Galliumarsenid wird 30 Schicht 5 mit einer Dicke von 10 μ erhalten wird, durch eine Unterlage 4 von 1X1 mm mit einer Dicke Eine Schicht 6 aus Gallium-arsenphosphid der Zu-
von 250 μ gebildet, die aus Material niedrigen spe- sammensetzung GaAs08P02 wird epitaktisch auf der zifischen Widerstands besteht und eine Mangankon- Oberfläche des vorher epitaktisch angewachsenen zentration von 3 X1017 At/cm3 enthält und auf der Galliumarsenids angewachsen. Die Gallium-arseneine Schicht 5 von 10 μ höheren spezifischen Wider- 35 phosphid-Schicht wird bei 750° C durch die Reaktion stands mit 3 X1015 At/cm3 Zink angebracht ist. Der von Gallium mit Arsen und Phosphor erhalten. Das erste Teil besteht aus Gallium-arsenphosphid, das Gallium und das Arsen werden auf gleiche Weise erepitaktisch auf dem epitaktisch angewachsenen GaI- halten wie bei dem vorhergehenden epitaktischen Anliumarsenid höheren spezifischen Widerstands ange- wachsen, und den Phosphor wird durch die Redukbracht ist und eine Akzeptorkonzentration von Zink 30 tion von Phosphortrichlorid mit Wasserstoff erhalten, im Gleichgewicht mit der Akzeptorkonzentration des Gleichzeitig mit diesem Anwachsen werden Zinn und Galliumarsenids höheren spezifischen Widerstands Zink derart niedergeschlagen, daß in der epitakti- und eine Donatorkonzentration von Zinn enthält, sehen Schicht 6 eine gleichmäßige Zinnkonzentration welche letztere anfangs gleichmäßig (Fig. 1) von 3X1018 At/cm3 und eine gleichmäßige Zinkkon-3 XlO18 At/cm3 beträgt. In diesem Falle ist die Akzep- 35 zentration von 3XlO15 At/cm3 vorhanden sind. Das torkonzentration in dem ersten Teil des Gallium- epitaktische Anwachsen wird fortgesetzt, bis eine arsenphosphids im Gleichgewicht mit der der Schicht mit einer Dicke von 10 μ erhalten ist. In die-Schicht 5 aus Galliumarsenid etwa des gleichen Wer- ser Stufe hat der Halbleiterkörper die Gestalt und die tes, aber dies ist nicht notwendigerweise stets der Verunreinigungskonzentrationen nach Fig. 1. Fall, da der zum Erzielen des Gleichgewichts erfor- 40 Darauf wird eine SiHziumoxydschicht auf der Körderliche Wert von der Donatorkonzentration in dem peroberfläche durch die Reaktion von trockenem ersten Teil und von der Temperatur der weiteren Be- Sauerstoff mit Tetraäthylsilicat bei einer Temperatur handlung abhängig ist. zwischen 350 und 450° C angebracht.
Ein pn-übergang 7 wird in der Galliumarsenid- Der Körper wird darauf auf etwa 1000° C während
schicht 5 parallel zum Hetero-Übergang 3 in einem 45 etwa 24 Stunden erhitzt, um das Zinn in der Nähe des Abstand von diesem von etwa 1 μ untergebracht, so Hetero-Überganges von dem Gallium-arsenphosphid daß eine erste n-Typ-Körperzone vorwiegend inner- in das Galliumarsenid einzudiffundieren, so daß der halb des ersten Teiles 1 und eine zweite p-Typ- pn-übergang in dem Galliumarsenid parallel zum Körperzone vollständig innerhalb des zweiten Tei- Hetero-Übergang 3 in einem Abstand von diesem von les 2 liegt. Diese Lokalisierung des pn-Uberganges 7 50 etwa 1 μ liegt. Das Profil dieser Zinndiffusion und die wird, wie dies in Fig. 2 veranschaulicht wird, durch endgültige Stelle des pn-Überganges 7 sind in Fig. 2 die Diffusion des Donators Zinn in der Nähe des dargestellt. Die Siliziumoxydschicht dient zur Be-Hetero-Überganges 3 von dem ersten Teil! in den schränkung der Ausdiffusion von Zinn, Zink, Phoszweiten Teil 2 erhalten. Die Oberfläche des ersten phor und Arsen während des Erhitzungsvorganges. Teiles aus Gallium-arsenphosphid hat eine Silizium- 55 Nach dem Erhitzen wird eine in der Halbleiteroxydschicht mit einer Öffnung, in der ein ohmscher technik üblicherweise verwertete photo-empfindliche Gold-Zinn-Kontakt auf dem n-Typ-Gallium-arsen- Maskierungsschicht auf der Oberfläche der Siliziumphosphid festlegiert ist. Der Halbleiterkörper wird auf oxydschicht über der epitaktischen Gallium-arseneinem Tragkörper derart befestigt, daß die Unter- phosphid-Schicht 6 angebracht. Mittels einer Maske lage 4 aus Galliumarsenid an der Grundfläche des 60 wird die photo-empfindliche Maskierungsschicht der-Tragkörpers festgelötet wird, wobei ein Golddraht art belichtet, daß eine Anzahl kreisförmiger Gebiete durch Wärme-Druck-Verbindung zwischen dem ohm- mit einem Durchmesser von 30 μ und mit einem gesehen Gold-Zinn-Kontakt und einem Ansatz des genseitigen Abstand von 1 mm vor der einfallenden Tragkörpers befestigt wird. Strahlung abgeschirmt werden. Die nicht belichteten
Die mit den in Fig. 2 veranschaulichten Konzen- 65 Teile der Markierungsschicht werden mittels eines trationen versehene Photodiode wird wie folgt her- Entwicklers entfernt, so daß eine Anzahl von Öffnungestellt. gen in der Maskierungsschicht entstehen. Darauf wer-
Ein Körper aus Galliumarsenid niedrigen spezifi- den Öffnungen in der Siliziumoxydschicht unter den
Öffnungen in der Maskierungsschicht geätzt, so daß eine Anzahl von Gebieten auf der Oberfläche der Gallium-arsenphosphid-Schicht 6 zugänglich sind. Das angewandte Ätzmittel besteht aus einer Lösung von 25% Ammoniumfluorid und 3% Fluorwasserstoffsäure in Wasser.
Ein ohmscher Kontakt wird auf der η-Typ Gallium-arsenphosphid-Schicht 6 durch die Öffnungen durch Auf dampfung von Gold mit 4°/o Zinn über die Körperfläche mit der Siliziumoxydschicht angebracht, in deren Öffnungen eine Gold-4 %-Zinn-Kontaktschicht niedergeschlagen wird. Die Menge des über die Oberfläche aufgedampften Gold-Zinns reicht nicht aus, die öffnungen auszufüllen, und dies erfolgt nachher mittels eines Schutzlacks. Der verbleibende Teil der Gold-Zinn-Schicht auf der oberen Fläche des Körpers wird mit dem belichteten Teil der photoempfindlichen Maskierungsschicht durch Erweichung letzterer in Trichlorethylen und durch Abreiben entfernt. Der Schutzlack in den öffnungen über den Gold-Zinn-Kontaktschichten wird durch Lösen in Azeton entfernt. Der Körper wird in einen Ofen gebracht und auf 500° C während 5 Stunden erhitzt, um die Gold-Zinn-Kontaktschichten an dem darunterliegenden η-Typ Gallium-arsenphosphid f estzulegieren.
Der Körper wird darauf in eine Anzahl gesonderter Photodiodeneinheiten an den Stellen zwischen den Gold-Zinn-Kontaktgebieten aufgeteilt, so daß jede Photodiodeneinheit durch eine kleinere Scheibe von IXl mm mit einem Gold-Zinn ohmschen Kontakt an dem η-Typ Gallium-arsenphosphid 6 gebildet wird. Die Oberfläche der Schicht 6 hat noch eine Siliziumoxydschicht, welche den Kontakt umgibt.
Die Photodiodeneinheit wird dann auf einem Stützkörper befestigt, indem die Unterlage 4 aus Galliumarsenid an der Grundfläche mittels einer Wismut-Silber-Legierung festgelötet wird, während ein Golddraht durch Wärme-Druck-Verbindung an dem Gold-Zinn-Kontakt und an einer Kontaktstelle des Stützkörpers befestigt wird, worauf schließlich das Ganze mit einer geeigneten Hülle versehen werden kann.
Nach F i g. 4 enthält die Photodiode einen Halbleiterkörper mit einem ersten Teil 11 aus Galliumarsenphosphid der Zusammensetzung GaAs08P02 und einem zweiten Teil 12 aus Galliumarsenid mit einem Hetero-Übergang 13 zwischen diesen Teilen. Der zweite Teil aus Galliumarsenid wird durch eine Unterlage 14 mit Abmessungen von 1X1 mm und einer Dicke von 250 μ (anfangs 260 mm) aus Material niedrigen spezifischen Widerstands gebildet, das anfangs eine gleichmäßige Zinnkonzentration von 3 X 1018 At/cm3 nach Fig. 3 enthält. Der erste Teil besteht im wesentlichen aus einer Gallium-arsenphosphid-Schicht 15 höheren spezifischen Widerstands mit einer Dicke von 10 μ, das epitaktisch auf der Unterlage 14 aus Galliumarsenid angewachsen ist und anfangs eine gleichmäßige Zinnkonzentration von 3 X1016 At/cm3 nach F i g. 3 besitzt. Ein pn-Ubergang 17 wird in der Unterlage des Galliumarsenids parallel zu dem Hetero-Ubergang 13 in einem Abstand von etwa 1 μ von diesem angebracht, so daß eine erste p-Typ-Körperzone mit dem eindiffundierten Akzeptor Zink vorwiegend in dem ersten Teil 11 und eine zweite n-Typ-Körperzone vollständig in dem zweiten Teil 12 liegt. Diese Lagerung des pn-Überganges wird, wie dies in F i g. 4 dargestellt ist, durch die Diffusion des Donators Zinn in der Nähe des Hetero-Überganges 13 erhalten, so daß ein allmählicher Konzentrationsverlauf erzielt wird, worauf Zink in die Oberfläche des ersten Teiles aus Galliumarsenphosphid eindiffundiert wird.
Die Oberfläche des ersten Teiles aus Galliumarsenphosphid ist bedeckt mit einer Siliziumoxydschicht mit einer Öffnung, in der ein ohmscher Gold-Zink-Kontakt auf das p-Typ Gallium-arsenphosphid auflegiert ist. Der Halbleiterkörper wird dann auf einer Tragfläche mit der Galliumarsenidunterlage 14
ίο befestigt, die an der Grundfläche des Tragkörpers festgelötet wird, wobei ein Verbindungsdraht aus Gold zwischen dem Gold-Zink-Kontakt und einer Kontaktstelle des Tragkörpers befestigt wird.
Die mit den Verunreinigungskonzentrationen nach F i g. 4 versehene Photodiode wird wie folgt hergestellt.
Ein Körper aus n-Typ-Galliumarsenid niedrigen spezifischen Widerstands mit dem Donator Zinn in einer Konzentration von etwa 3 X 1018 At/cm3 in
ao Form einer Scheibe von 1X1 cm wird auf eine Dicke von etwa 260 μ abgeschliffen, so daß eine praktisch einwandfreie Kristallstruktur und eine optisch ebene Fläche der einander gegenüberliegenden, größeren Oberflächen erhalten werden. Eine Schicht aus n-Typ-Galliumarsenid höheren spezifischen Widerstands mit einer Dicke von 10 μ wird epitaktisch auf dem Körper aus der Dampfphase angewachsen. Das epitaktische Anwachsen wird auf gleiche Weise durchgeführt wie bei der Herstellung der Photodiode nach F i g. 2, aber hier wird gleichzeitig mit dem epitaktischen Anwachsen Zinn derart niedergeschlagen, daß in der epitaktischen Schicht eine gleichmäßige Zinnkonzentration von 3 X 1016 At/cm3 erhalten wird, während das epitaktische Anwachsen über dem ganzen Körper erfolgt. In dieser Stufe erhält man einen Halbleiterkörper mit der Verunreinigungskonzentration nach F i g. 3.
Der Halbleiterkörper wird dann in ein Rohr gebracht, das pulveriges Gallium-arsenphosphid mit einer Zinndotierung in einer Konzentration von 3 X 1016 At/cm3 enthält. Das Rohr wird zugeschmolzen und auf 1000° C während 24 Stunden erhitzt. Das pulverige, zinndotierte Galliumarsenphosphid dient zum Beschränken der Zersetzung des HaIbleiterkörpers und der Ausdiffusion von Zinn aus diesem. Während dieser Erhitzung wird die Zinnkonzentration in der Nähe des Hetero-Übergangs aufs neue verteilt, so daß ein allmählicher Konzentrationsverlauf erzielt wird. Der Halbleiterkörper wird aus dem Rohr entfernt und in ein weiteres Rohr gebracht, das Zink und pulveriges Gallium-arsenphosphid enthält. Das Rohr wird zugeschmolzen und auf 900° C während 12 Stunden erhitzt, um das Zink derart in den Halbleiterkörper einzudiffidieren, daß der pn-Übergang in der Galliumarsenidunterlage 14 parallel zu dem Hetero-Übergang 13 in einem Abstand von etwa 1 μ von diesem zur Anlage kommt. Nach der Zinkdiffusion wird der Halbleiterkörper aus dem Rohr entfernt und etwa 20 μ Material wird von einer der größeren Oberflächen weggeschliffen. Der so erhaltene Halbleiterkörper besitzt Verunreinigungskonzentrationen gemäß F i g. 4.
Eine Siliziumoxydschicht wird auf der verbleibenden Oberfläche der Galliumarsenphosphid-Schicht 15 durch die Reaktion von trockenem Sauerstoff mit Tetraäthylsilicat bei einer Temperatur zwischen 350 und 450° C angebracht, während die gegenüberliegende Körperfläche in geeigneter Weise abgedeckt wird.
Eine photo-empfindliche Markierungsschicht wird auf der Oberfläche der Siliziumoxydschicht über der epitaktisch angebrachten Gallium-arsenphosphid-Schichtl5 angebracht. Durch eine Maske wird die photo-empfindliche Maskierungsschicht derart belichtet, daß eine Anzahl kreisförmiger Gebiete mit einem Durchmesser von 30 μ und einem gegenseitigen Abstand von 1 mm vor der einfallenden Strahlung abgeschirmt werden. Die nicht belichteten Teile der Maskierungsschicht werden mittels eines Ent-Wicklers entfernt, so daß eine Anzahl von Öffnungen in der Maskierungsschicht erhalten werden. Darauf werden unter den Öffnungen in der Maskierungsschicht Öffnungen in der Siliziumoxydschicht geätzt, so daß eine Anzahl von Gebieten der Oberfläche der Gallium-arsenphosphid-Schicht 15 aufgeschlossen werden. Das benutzte Ätzmittel besteht aus einer wässerigen Lösung von 25% Ammoniumfluorid und 3 Vo Fluorwasserstoff.
Ein ohmscher Kontakt wird auf derp-Typ-Gallium- ao arsenphosphid-Schicht 15 in den Öffnungen durch Aufdampfung von Gold mit 4% Zink über die Körperfläche mit der Siüziumoxydschicht angebracht, in deren Öffnungen eine Gold-4%-Zink-Kontaktschicht entsteht. Die Menge des über die Oberfläche aufgedampften Gold—Zinks ist nicht ausreichend, die Öffnungen auszufüllen, und dies erfolgt darauf mittels eines Schutzlacks. Der verbleibende Teil der Gold-Zink-Schicht auf der oberen Körperfläche wird mit dem belichteten Teil der photoempfindlichen Maskierungsschicht durch Erweichung der letzteren in Trichloräthylen und durch Abreiben entfernt. Der Schutzlack in den Öffnungen über den Gold-Zink-Kontakten wird durch Lösen in Azeton entfernt.
Der Körper wird in einen Ofen gebracht und auf 5000C während 5 Stunden erhitzt, um die Gold-Zink-Kontaktschichten an dem darunterliegenden p-Typ-Gallium-arsenphosphid festzulegieren.
Der Körper wird dann in eine Anzahl gesonderter Photodiodeneinheiten an den Stellen zwischen den Gold-Zink-Zonen derart aufgeteilt, daß jede Photodiodeneinheit durch eine kleinere Scheibe von 1X1 mm mit einem ohmschen Gold-Zink-Kontakt auf der p-Typ-Gallium-arsenphosphid-Schicht 15 gebildet wird. Die Oberfläche der Schicht 15 ist noch mit der Siliziumoxydschicht versehen, die den Kontakt umgibt.
Die Photodiodeneinheit wird dann auf einem Tragkörper befestigt, indem die Unterlage 14 aus Galliumarsenid an der Grundfläche des Tragkörpers mittels Zinn festgelötet wird, wobei ein Golddraht durch Wärme-Druck-Verbindung an dem Gold-Zink-Kontakt und an einer Kontaktstelle des Trägerkörpers befestigt wird, worauf das Ganze mit einer geeigneten Hülle versehen werden kann.
Die beiden Ausführungsformen der Photodiode nach der Erfindung sind auf der Oberfläche der epitaktischen Gallium-arsenphosphid-Schicht mit einer Siliziumoxydschicht bedeckt, im wesentlichen dazu, um verschiedene Vorgänge bei der Herstellung bequemer durchführbar zu machen. Die Siliziumoxydschicht kann gewünschtenfalls entfernt werden.

Claims (34)

Patentansprüche:
1. Photoelektrische Halbleiterdiode mit einem Halbleiterkörper, der einen Hetero-Übergang zwischen einem ersten Teil aus einem ersten Halbleitermaterial und einem zweiten Teil aus einem zweiten Halbleitermaterial mit kleinerem Bandabstand als das erste Halbleitermaterial enthält, und einen pn-übergang zwischen einer ersten Zone des Körpers des einen Leitfähigkeitstyps (p oder n) und einer zweiten Zone des entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps (n oder p) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Zone vorwiegend innerhalb des ersten Teiles (1, 11) und die zweite Zone vollständig innerhalb des zweiten Teiles (2, 12) liegt und der pn-übergang (7, 17) in dem zweiten Teil (2, 12) in einem solchen Abstand von dem Hetero-Übergang (3, 13) liegt, daß im Betrieb die Verarmungszone des pn-Überganges praktisch vollständig innerhalb des zweiten Teiles des Körpers liegt.
2. Photoelektrische Halbleiterdiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der pnübergang (7, 17) in einem Abstand von mindestens 1 μ von dem Hetero-Übergang (3, 13) liegt.
3. Photoelektrische Halbleiterdiode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der ph-Übergang (7, 17) in einem Abstand von mindestens 2 μ von dem Hetero-Übergang (3, 13) entfernt liegt.
4. Photoelektrische Halbleiterdiode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der pnübergang (7, 17) in einem Abstand von mindestens 3 μ von dem Hetero-Übergang (3, 13) liegt.
5. Photoelektrische Halbleiterdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der pn-übergang (7, 17) in einem solchen Abstand vom Hetero-Übergang (3, 13) liegt, daß dieser Abstand von der Erschöpfungszone des pn-Überganges bei einer über diesem Übergang angelegten Sperrspannung praktisch erreicht werden kann.
6. Photoelektrische Halbleiterdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem pn-übergang (7, 17) und dem Hetero-Übergang (3, 13) in Zusammenhang mit der im Betriebszustand über dem pn-übergang angelegten Sperrspannung so gewählt ist, daß die Erschöpfungszone des pn-Überganges sich praktisch bis zum Hetero-Übergang ausdehnt.
7. Photoelektrische Halbleiterdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierung vom Material mit dem kleineren Bandabstand und die Sperrspannung über dem pn-übergang (7, 17) so gewählt sind, daß die Breite der Erschöpfungszone größer ist als etwa drei Absorptionslängen der Wellenlängen, aus denen die einfallende Strahlung vorwiegend besteht.
8. Photoelektrische Halbleiterdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierung vom Material mit dem kleineren Bandabstand und die Sperrspannung über dem pn-übergang (7, 17) so gewählt sind, daß die Breite der Erschöpfungszone nicht größer ist als etwa fünf Absorptionslängen der Wellenlängen, aus denen die einfallende Strahlung vorwiegend besteht.
9. Photoelektrische Halbleiterdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teil (1, 11) des Halbleiterkörpers
epitaktisch auf dem zweiten Teil (2, 12) dieses Körpers angewachsen ist.
10. Photoelektrische Halbleiterdiode nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teil (1, 11) des Körpers aus einem ersten Halbleitermaterial besteht, das epitaktisch auf dem zweiten Teil (2,12) aus einem zweiten Halbleitermaterial mit kleinerem Bandabstand als das erste Halbleitermaterial niedergeschlagen ist.
11. Photoelektrische Halbleiterdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Halbleitermaterial des ersten Teiles (1, 11) eine III-V-Halbleiterverbindung oder eine substituierte III-V-Halbleiterverbindung und der zweite Teil (2, 12) eine III-V-Halbleiterverbindung oder eine substituierte III-V-Halbleiterverbindung ist.
12. Photoelektrische Halbleiterdiode nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teil (1, 11) aus Gallium-arsenphosphid und der ao zweite Teil (2, 12) aus Galliumarsenid besteht.
13. Photoelektrische Halbleiterdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Stelle des pn-Überganges in einem Abstand von dem Hetero-Übergang durch die vorhergehende Diffusion einer den Leitfähigkeitstyp bestimmenden Verunreinigung des einen Typs in der Nähe des Hetero-Überganges bedingt ist, welche Verunreinigung anfangs in dem ersten Teil in einer nahezu gleichmäßigen Konzentration vorhanden ist, wobei die Diffusion von dem ersten Teil in den zweiten Teil erfolgt ist, der anfangs eine nahezu gleichmäßige Konzentration einer den Leitfähigkeitstyp bestimmenden Verunreinigung des entgegengesetzten Typs enthält, welche Konzentration niedriger ist als die Konzentration der Verunreinigung des einen Typs in dem ersten Teil.
14. Photoelektrische Halbleiterdiode nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Hetero-Ubergang (3) zwischen einem ersten Teil (6) und einem zweiten Teil (5) liegt, wobei der erste Teil (6) aus η-Typ Gallium-arsenphosphid mit anfangs einer praktisch gleichmäßigen Donatorkonzentration epitaktisch auf einem zweiten Teil (5) aus Galliumarsenid mit anfangs einer praktisch gleichmäßigen Akzeptorkonzentration angewachsen ist, welche Konzentration niedriger ist als die Donatorkonzentration in dem ersten Teil, und daß der pn-übergang (7) in dem zweiten Teil (5) in einem Abstand von dem Hetero-Ubergang (3) liegt infolge der vorhergehenden Diffusion des Donators in der Nähe des Hetero-Überganges (3) von dem ersten Teil (6) in den zweiten Teil (5).
15. Photoelektrische Halbleiterdiode nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Donator durch Zinn und der Akzeptor durch Zink gebildet wird.
16. Photoelektrische Halbleiterdiode nach Ansprächen 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Hetero-Übergang (13) zwischen einem ersten Teil (15) und einem zweiten Teil (14) liegt, wobei der erste Teil (15) aus einem ersten Halbleitermaterial besteht mit praktisch gleichmäßiger Konzentration einer den Leitfähigkeitstyp bestimmenden Verunreinigung des entgegengesetzten Typs und der zweite Teil (14) aus einem zweiten Halbleitermaterial besteht mit geringerem Bandabstand als das Material des ersten Teiles und mit niedrigerem spezifischem Widerstand und mit einer anfangs praktisch gleichmäßigen Konzentration einer den Leitfähigkeitstyp bestimmenden Verunreinigung des entgegengesetzten Typs, welche Konzentration höher ist als die Konzentration der Verunreinigung des entgegengesetzten Typs in dem ersten Teil, wobei die Konzentration der Verunreinigung des entgegengesetzten Typs in der Nähe des Hetero-Überganges (13) allmählich von dem ersten Teil (15) zu dem zweiten Teil (14) verläuft und die Stelle des pn-Überganges (17) in einem Abstand von dem Hetero-Ubergang (13) in dem zweiten Teil
(14) vorwiegend durch eine vorhergehende Diffusion der Verunreinigung des einen Typs in den Halbleiterkörper über mindestens einem Teil der Oberfläche des ersten Teiles (15) bedingt wird.
17. Photoelektrische Halbleiterdiode nach Ansprüchen 12 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Hetero-Übergang (13) zwischen dem ersten Teil (15) aus Gallium-arsenphosphid mit einer nahezu gleichmäßigen Donatorkonzentration und einem zweiten Teil (14) aus Galliumarsenid niedrigeren spezifischen Widerstands mit einer praktisch gleichmäßigen Donatorkonzentration liegt, welche Konzentration höher ist als die Donatorkonzentration in dem ersten Teil (15), wobei die Konzentration des Donators in der Nähe des Hetero-Überganges (13) allmählich von dem ersten Teil (15) in Richtung auf den zweiten Teil (14) verläuft und der pn-übergang (17) in dem zweiten Teil (14) durch die Diffusion eines Akzeptors in den Halbleiterkörper über mindestens einem Teil der Oberfläche des ersten Teiles
(15) angebracht ist.
18. Photoelektrische Halbleiterdiode nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Hetero-Übergang zwischen einem ersten Teil eines ersten Materials mit einer praktisch gleichmäßigen Konzentration einer Verunreinigung des entgegengesetzten Typs und einem zweiten Teil aus einem zweiten Material mit kleinerem Bandabstand als das Material des ersten Teiles und mit höherem spezifischem Widerstand und einer praktisch gleichmäßigen Konzentration einer Verunreinigung des entgegengesetzten Typs liegt, welche Konzentration niedriger ist als die Konzentration der Verunreinigung des entgegengesetzten Typs in dem ersten Teil, wobei die Konzentration der Verunreinigung des entgegengesetzten Typs in der Nähe des Hetero-Überganges allmählich von dem ersten Teil in Richtung auf den zweiten Teil verläuft und die Stelle des pn-Überganges in einem Abstand von dem Hetero-Übergang in dem ersten Teil vorwiegend durch eine vorhergehende Diffusion einer Verunreinigung des einen Typs in den Halbleiterkörper über mindestens einem Teil der Oberfläche des ersten Teiles bedingt ist.
19. Photoelektrische Halbleiterdiode nach Ansprüchen 12 und 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Hetero-Übergang zwischen einem ersten Teil aus Gallium-arsenphosphid mit einer nahezu gleichmäßigen Donatorkonzentration und einem zweiten Teil aus Galliumarsenid höheren spezifischen Widerstands mit einer praktisch gleich-
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mäßigen Donatorkonzentration liegt, welche Konzentration niedriger ist als die Donatorkonzentration in dem ersten Teil, wobei die Konzentration des Donators in der Nähe des Hetero-Uberganges allmählich von dem ersten Teil in Richtung auf den zweiten Teil verläuft und der pn-übergang in dem zweiten Teil durch die Diffusion eines Akzeptors in den Halbleiterkörper über mindestens einem Teil der Oberfläche des ersten Teiles angebracht ist.
20. Photoelektrische Halbleiterdiode nach Anspruch 17 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teil (15) aus Galliumarsenphosphid epitaktisch auf dem zweiten Teil (14) aus Galliumarsenid angewachsen ist.
21. Photoelektrische Halbleiterdiode nach einem der Ansprüche 17, 19 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Donator des ersten und/ oder des zweiten Teiles durch Zinn und der Akzeptor durch Zink gebildet wird. ao
22. Verfahren zur Herstellung einer photoelektrischen Halbleiterdiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hetero-Übergang (3) anfangs zwischen einem ersten Teil (6) aus dem ersten Material mit einer praktisch gleichmäßigen Konzentration einer den Leitfähigkeitstyp bestimmenden Verunreinigung des einen Typs und einem zweiten Teil (5) aus dem zweiten Material mit einer praktisch gleichmäßigen Konzentration einer den Leitfähigkeitstyp bestimmenden Verunreinigung des entgegengesetzten Typs liegt, welche Konzentration niedriger ist als die Konzentration der Verunreinigung des einen Typs in dem ersten Teil, worauf eine Erhitzung durchgeführt wird, um die Verunreinigung des einen Typs in der Nähe des HeteroÜberganges (3) von dem ersten Teil (6) in den zweiten Teil (5) einzudiffundieren, um den pnübergang (7) in dem zweiten Teil (5) in einem Abstand von dem Hetero-Übergang (3) anzubringen.
23. Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teil (6) außerdem eine Konzentration einer den Leitfähigkeitstyp bestimmenden Verunreinigung des entgegengesetzten Typs enthält, die niedriger ist als die Konzentration der Verunreinigung des einen Typs und in Gleichgewicht mit der Konzentration der Verunreinigung des entgegengesetzten Typs in dem zweiten Teil (5) ist.
24. Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Hetero-Übergang (3) durch epitaktisches Anwachsen des Materials des ersten Teiles (6) auf einer Unterlage (4) mit dem Material des zweiten Teiles (5) erzeugt wird.
25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß das epitaktisch angebrachte Material des ersten Teiles (6) durch Galliumarsenphosphid mit einer praktisch gleichmäßigen Donatorkonzentration und das zweite Material des zweiten Teiles (5) auf dem der epitaktische Anwuchs erfolgt, durch Galliumarsenid mit einer praktisch gleichmäßigen Konzentration eines Akzeptors gebildet wird, welche Konzentration niedriger ist als die Donatorkonzentration in dem ersten Teil (6).
26. Verfahren nach Ansprüchen 24 und 25, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem epitaktischen Anwachsen des ersten Teiles (6) und vor der Erhitzung eine Siliziumoxydschicht auf mindestens der Oberfläche des ersten Teiles (6) angebracht wird, um die Ausdiffusion aus dem ersten Teil (6) während der Erhitzung zu beschränken.
27. Verfahren zur Herstellung einer photoelektrischen Halbleiterdiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu Beginn ein Hetero-Ubergang (13) zwischen einem ersten Teil (15) hohen spezifischen Widerstands aus dem ersten Material und einem zweiten Teil (14) niedrigeren spezifischen Widerstands aus dem zweiten Material mit einer praktisch gleichmäßigen Konzentration einer Verunreinigung des entgegengesetzten Typs gebildet wird, welche Konzentration höher ist als die Konzentration der Verunreinigung des entgegengesetzten Typs in dem ersten Teil, wobei gleichzeitig oder nachher ein allmählicher Konzentrationsverlauf der Verunreinigung des entgegengesetzten Typs in der Nähe des HeteroÜberganges (13) gebildet wird, worauf eine Verunreinigung des einen Typs mindestens in die Oberfläche des ersten Teiles (15) eindiffundiert wird, um den pn-übergang (17) in dem zweiten Teil (14) in einem Abstand von dem Hetero-Übergang (13) anzubringen.
28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Hetero-Übergang (13) durch epitaktisches Anwachsen des Materials des ersten Teiles (15) auf einer Unterlage mit dem Material des zweiten Teiles (14) gebildet wird.
29. Verfahren nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, daß der allmähliche Konzentrationsverlauf der Verunreinigung des entgegengesetzten Typs in der Nähe des Hetero-Überganges
(13) durch Erhitzung nach dem epitaktischen Anwachsen und vor der Diffusion der Verunreinigung des einen Typs erzielt wird.
30. Verfahren nach Anspruch 29, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teil (15) aus n-Typ Gallium-arsenphosphid epitaktisch auf dem zweiten Teil (14) aus n+-Typ-Galliumarsenid angewachsen wird, worauf Erhitzung erfolgt, um die Donatorkonzentration in der Nähe des Hetero-Überganges (13) zur Bildung eines progressiven Verlaufs der Donatorkonzentration aufs neue zu verteilen, und daß darauf ein Akzeptor mindestens in die Oberfläche des epitaktisch angewachsenen Gallium-arsenphosphids eindiffundiert wird, um den pn-übergang (17) in dem zweiten Teil
(14) anzubringen.
31. Verfahren zur Herstellung einer photoelektrischen Halbleiterdiode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anfangs der Hetero-Übergang zwischen dem ersten Teil niedrigen spezifischen Widerstands aus dem ersten Material mit einer praktisch gleichmäßigen Konzentration einer Verunreinigung des entgegengesetzten Typs und einem zweiten Teil hohen spezifischen Widerstands aus einem zweiten Material mit einer praktisch gleichmäßigen Konzentration der Verunreinigung des entgegengesetzten Typs liegt, welche Konzentration niedriger ist als die Konzentration der Verunreinigung des entgegengesetzten Typs in dem ersten Teil, während gleichzeitig oder nachher ein allmählicher Konzentrationsverlauf der Verunreinigung des entgegenge-
setzten Typs in der Nähe des Hetero-Übergangs zustande gebracht wird, worauf eine Verunreinigung des einen Typs in die Oberfläche des Körpers diffundiert wird, um den pn-übergang in dem zweiten Teil in einem Abstand von dem Hetero-Übergang anzubringen.
32. Verfahren nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Hetero-Übergang durch epitaktisches Anwachsen des Materials des ersten Teiles auf einer Unterlage mit dem Material des zweiten Teiles gebildet wird.
33. Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß der allmähliche Konzentrationsverlauf der Verunreinigung des entgegengesetzten Typs in der Nähe des Hetero-Über-
ganges durch Erhitzung nach dem epitaktischen Anwachsen und vor der Diffusion der Verunreinigung des einen Typs erhalten wird.
34. Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Teil aus n+-Typ-Gallium-arsenphosphid epitaktisch auf dem zweiten Teil aus n-Typ-Galliumarsenid anwachsen wird, wobei Erhitzung erfolgt zur Neuverteilung der Donatorkonzentration in der Nähe des Hetero-Überganges, um einen progressiven Konzentrationsverlauf zu bewerkstelligen, worauf ein Akzeptor in die Oberfläche des ersten und des zweiten Teiles in einer solchen Konzentration eindiffundiert wird, daß der pn-übergang in dem zweiten Teil liegt.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
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