DE69123280T2

DE69123280T2 - Halbleitervorrichtung mit lichtempfindlichem Element und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE69123280T2
Application number: DE69123280T
Authority: DE
Inventors: Hisashi Hamaguchi; Masao Makiuchi
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1990-04-16
Filing date: 1991-04-10
Publication date: 1997-03-20
Anticipated expiration: 2011-04-11
Also published as: DE69123280D1; EP0452801B1; EP0452801A3; EP0452801A2; US5107318A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Halbleiteranordnungen und Verfahren zur Herstellung derselben, und insbesondere auf eine Halbleiteranordnung mit pin-Fotodioden und ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Halbleiteranordnung.
Bei der Montage oder Einstellung eines optischen Kommunikationssystems wird es notwendig, wegen der hohen Transmissionsgeschwindigkeit der eingesetzten optischen Signale einen optischen Ausgang eines Halbleiter-Lasers unter Verwendung eines Halbleiter-Lichtempfängerelements mit ultrahoher Geschwindigkeit, das eine Ansprechgeschwindigkeit von GHz oder mehr aufweist, zu überwachen.
Allgemein wird zur Erhöhung der Ansprechgeschwindigkeit einer pin-Fotodiode der Durchmesser des pin-Übergangs reduziert und die Dicke einer i-Typ-Fotoabsorptions-Halbleiterschicht verringert. Wenn eine derartige Maßnahme getroffen wird, und die Ansprechgeschwindigkeit 30 GHz oder mehr beträgt, wird der Durchmesser des pin-Übergangs 20 µm oder weniger, und die Dicke der i-Typ-Fotoabsorptions-Halbleiterschicht wird 1 µm oder weniger.
Wie oben beschrieben ist es schwierig, eine pin-Fotodiode mit einem kleinen pin-Übergangsdurchmesser und einer dünnen i-Typ-Fotoabsorptions-Halbleiterschicht herzustellen. Aus den folgenden Gründen ist es auch äußerst schwierig, ein elektrisches Signal, das durch eine fotoelektrische Umwand lung von einer derartig kleinen pin-Fotodiode erhalten wird, ohne Signalverschlechterung zu erhalten. Das heißt, der Betriebsteil der pin-Fotodiode selbst kann unter Verwendung der verfügbaren Techniken zur Herstellung von Halbleiteranordnungen sehr klein gemacht werden. Es besteht jedoch eine Grenze für die Verringerung der Länge und allgemeinen Größe des Draht-Bondteils, der zum Erhalten des elektrischen Signals verwendet wird. Folglich besteht auch eine Grenze für die Verringerung der elektrostatischen Kapazität und Induktanz.
Andererseits kann mit einer pin-Fotodiode, die einen pin-Übergangsdurchmesser von 15 µm und eine Fotoabsorptionsschicht mit einer Dicke von 1,4 µm aufweist, um ein optisches Ultrahochgeschwindigkeitssignal mit 20 GHz oder mehr zu verarbeiten, eine Kapazität von 30 bis 40 fP realisiert werden. Eine derartig kleine Fotodiode bricht jedoch leicht, wenn sie einer Stoßspannung oder dgl. ausgesetzt wird.
Um dieses Problem zu überwinden, und eine pin-Fotodiode mit hoher Geschwindigkeit und hoher Zuverlässigkeit zu realisieren, wird eine pin-Fotodiode vorgeschlagen, die mit einem Chip-Kondensator versehen ist. Der Chip-Kondensator ist benachbart dem pin-Fotodioden-Chip vorgesehen und wirkt als Bypass-Kondensator zur Ableitung der Stoßspannung. Wie nahe auch immer der Chip-Kondensator benachbart dem pin- Fotodioden-Chip vorgesehen ist, besteht eine Grenze in Abhängigkeit von der Größe des Chip-Kondensators oder dgl., und diese Grenze verhindert eine vollständige Eliminierung des oben beschriebenen Problems. Mit anderen Worten ist es schwierig, den Durchbruch der pin-Fotodiode durch ein rasches Ansprechen positiv zu verhindern, um ein externes Impulsrauschen auszugleichen.
Die pin-Fotodiode hat eine i-Typ-Zone, die sandwichartig zwischen einer p-Typ-Zone und einer n-Typ-Zone angeordnet ist. Eine Lawinen-Fotodiode (APD) weist eine i-Typ- Zone auf, in der ein Lawinendurchbruch auftritt. Gemäß diesen Lichtempfängerelementen wirkt die i-Typ-Zone als Fotoabsorptionsschicht, die Licht absorbiert, und das für die Fotoabsorptionsschicht verwendete Material ändert sich in Abhängigkeit von der Wellenlänge des für die optische Kommunikation verwendeten Lichts. Nun erfolgt eine Beschreibung der herkömmlichen Lichtempfängerelemente, die für die optische Kommunikation ausgebildet sind, unter Verwendung eines Lichts mit einer Wellenlänge von ungefähr 1 µm, wie 1,3 µm und 1,6 µm.
FIG.1A zeigt eine herkömmliche pin-Fotodiode. In FIG.1A ist eine n&spplus;-Typ-InP-Schicht 552 auf einem semiisolierenden InP-Substrat 551 gebildet. Ein undotierte InGaAs-Schicht 553, die eine i-Typ-Zone zur Absorption von Licht bildet, ist auf der n&spplus;-Typ-InP-Schicht 552 gebildet. Eine n&supmin;-Typ- InP-Zone 554 ist auf der InGaAs-Schicht 553 gebildet. Eine p&spplus;-Typ-Zone 555 ist innerhalb der n&supmin;-Typ-InP-Schicht 554 durch Diffusion von Zn gebildet, um eine pin-Struktur zu bilden. Die n&spplus;-Typ-InP-Schicht 552 hat beispielsweise eine Dicke von 2 µm, die InGaAs-Schicht 553 hat eine Dicke von 1,7 µm, und die n&supmin;-Typ-InP-Schicht 554 hat eine Dicke von ungefähr 1 µm, die mit Si mit einer Verunreinigungskonzentration von 1 x 10¹&sup5; cm&supmin;³ dotiert ist.
Die n&supmin;-Typ-InP-Schicht 554 und die InGaAs-Schicht 553 werden selektiv geätzt, um die Oberfläche der n&spplus;-Typ-InP- Schicht 552 freizulegen. Ein n-seitige Elektrode 557, die beispielsweise aus AuGe/Au besteht, wird auf der n&spplus;-Typ-InP- Schicht 552 gebildet. Andererseits wird eine p-seitige Elektrode 558, die beispielsweise aus AuZn/Au besteht, auf der p&spplus;-Typ-Zone 555 gebildet. Da beide Seiten der InGaAs-Schicht 553, welche die Fotoabsorptionsschicht wird, aus InP mit einer breiten Bandlücke gebildet sind, kann das einfallende Licht von der Oberseite zur Unterseite der Struktur empfangen werden. Wenn das einfallende Licht von der Oberseite der Struktur empfangen wird, wird eine Öffnung an einem zentralen Teil 559 der p-seitigen Elektrode 558 gebildet.
Wenn eine vorherbestimmte Vorspannung in der Sperrichtung quer über die Elektroden 557 und 558 der in FIG.1A gezeigten pin-Fotodiode angelegt wird, wird die InGaAs-Schicht 553 im wesentlichen eine Verarmungsschicht. Das elektrische Feld innerhalb der Verarmungsschicht beschleunigt die Elektron-Loch-Paare, die durch das einfallende Licht erzeugt werden, wodurch bewirkt wird, daß die Löcher an der p-seitigen Elektrode 558 gesammelt werden, und die Elektronen an der n-seitigen Elektrode 557 gesammelt werden.
FIG.1B zeigt eine herkömmliche laterale pin-Fotodiode. In FIG.1B ist eine undotierte InP-Schicht 661, die als Pufferschicht wirkt, auf dem semiisolierenden InP-Substrat 551 gebildet. Eine undotierte InGaAs-Schicht 662, die als Fotoabsorptionsschicht dient, ist auf der InP-Schicht 661 gebildet. Eine n&supmin;-Typ-InP-Schicht 663 ist auf der InGaAs-Schicht 662 gebildet. Zn wird selektiv innerhalb der n&supmin;-Typ-InP- Schicht 663 diffundiert, um eine p-Typ-Zone 664 zu bilden.
Die InP-Schicht 661 und die InGaAs-Schicht 662 bestehen aus einem im wesentlichen eigenleitenden Halbleiter mit einer Verunreinigungskonzentration von 1 x 10¹&sup4; cm&supmin;³ oder weniger. Die InP-Schicht 661 und die InGaAs-Schicht 662 haben beispielsweise eine Dicke von ungefähr 1 µm bzw. 1,7 µm. Die n&supmin;-Typ-InP-Schicht 663 weist beispielsweise eine Dicke von ungefähr 0,3 µm und eine Verunreinigungskonzentration von ungefähr 1 x 10¹&sup5; cm&supmin;³ auf. Eine p-seitige Elektrode 668, die aus AuZn/Au besteht, ist auf der p-Typ-Zone 664 gebildet, und eine n-seitige Elektrode 667, die aus AuGe/Au besteht, ist auf der n&supmin;-Typ-InP-Schicht 663 gebildet.
Wenn eine vorherbestimmte Vorspannung in der Sperrichtung quer über die Elektroden 667 und 668 der in FIG.1B gezeigten lateralen pin-Fotodiode angelegt wird, wird der pin- Übergang in der Peripherie der i-Typ-Zone 664 in der Sperrichtung vorgespannt, und eine Verarmungsschicht 665 breitet sich aus, wie durch eine strichlierte Linie dargestellt. Wenn das einfallende Licht die Zone dieser Verarmungsschicht 665 erreicht, und die Elektron-Loch-Paare erzeugt werden, werden die Löcher an der p-seitigen Elektrode 668 gesammelt, und die Elektronen werden an der n-seitigen Elektrode 667 gesammelt.
FIG.1C zeigt eine herkömmliche Metall-Halbleiter-Metall (MSM)-Fotodiode. In FIG.1C ist die InP-Schicht 661, die als Pufferschicht dient, auf dem semiisolierenden InP-Substrat 551 gebildet, und die InGaAs-Schicht 662, die als Fotoabsorptionsschicht wirkt, ist auf der InP-Schicht 661 gebildet, ähnlich der in FIG.1B gezeigten lateralen pin- Fotodiode. Eine undotierte InAlAs-Schicht 771 mit einer Dicke von ungefähr 0,1 µm ist auf der InGaAs-Schicht 662 gebildet, um einen Schottky-Kontakt zu bilden. Schottky-Elektroden 772 und 773, die aus Al oder dgl. bestehen, sind direkt auf der InAlAs-Schicht 771 gebildet. Die Elektroden 772 und 773 haben Kammformen, die in der Draufsicht ineinander eingreifen. Wenn eine negative Spannung an die Elektrode 772 angelegt wird, und eine positive Spannung an die Elektrode 773 angelegt wird, wie gezeigt, wird ein elektrisches Feld, das durch Pfeile angegeben ist, von der Elektrode 773 zur Elektrode 772 erzeugt, wobei es die InGaAs-Schicht (Fotoabsorptionsschicht) 662 durchdringt. Wenn das einfallende Licht die InGaAs-Schicht 662 erreicht, und die Elektron-Loch-Paare durch die Lichtabsorption erzeugt werden, werden die Elektronen und Löcher durch das elektrische Feld beschleunigt und an der Elektrode 773 bzw. 772 gesammelt.
Gemäß der in FIG.1A gezeigten pin-Fotodiode ist es schwierig, die p- und n-seitigen Elektroden 558 und 557 in derselben Ebene zu bilden, und es muß unweigerlich eine Mesa-Struktur verwendet werden. Folglich ist es schwierig, die pin-Fotodiode zusammen mit anderen Elektronikelementen zu integrieren.
Ferner ist es im Fall der in FIG.1A dargestellten pin- Fotodiode notwendig, eine Maske zur Bildung der n-seitigen Elektrode 557 und eine weitere Maske zur Bildung der p-seitigen Elektrode 558 zu verwenden. Aus diesem Grund ist es erforderlich, insbesondere mit abnehmender Größe der Fotodiode die Masken mit hoher Genauigkeit auszurichten, und eine schlechte Ausrichtung der Masken würde zu einer schlechten Leistung der Fotodiode führen. Außerdem werden zwei unterschiedliche Elektrodenmaterialien zur Bildung der Elektroden 557 und 558 unter Verwendung von zwei unterschiedlichen Masken eingesetzt, wodurch der Produktionsprozeß komplex wird.
Im Fall der in FIG.1B gezeigten lateralen pin-Fotodiode ist es schwierig, eine Verarmungsschicht unter einer Elektrode zu bilden, d.h. der n-seitigen Elektrode 667 im Fall der in FIG.1B dargestellten Struktur. Wenn das Licht in der Zone absorbiert wird, wo die Verarmungsschicht nicht entwickelt ist, und das elektrische Feld schwach ist, können sich daher die Träger nicht bei einer hohen Geschwindigkeit bewegen, und die Ansprechgeschwindigkeit der lateralen pin- Fotodiode ist schlecht.
Gemäß der in FIG.1C gezeigten MSM-Fotodiode wird eine Sperre an einer Hetero-Grenzfläche zwischen der InAlAs- Schicht 771, welche die Schottky-Barriere bildet, und der InGaAs-Schicht 662, welche die Fotoabsorptionsschicht bildet, erzeugt, wodurch eine Trägerfalle gebildet wird. Demgemäß ist es schwierig, eine ausreichend hohe Ansprechgeschwindigkeit zu erhalten, wenn die Zusammensetzung der InAlAs-Schicht 771 nicht so gesteuert wird, daß die Zusammensetzung der Grenzfläche zwischen der InAlAs-Schicht 771 und der InGaAs-Schicht 662 nahe bei InGaAs liegt. Außerdem wird eine Zone erzeugt, wo sich das elektrische Feld unmittelbar unter der Elektrode nicht leicht entwickelt. Wenn die Träger in einer derartigen Zone erzeugt werden, wird die Ansprechgeschwindigkeit der MSM-Fotodiode schlecht.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Demgemäß ist es eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine neue und nützliche Halbleiteranordnung sowie ein Verfahren zur Herstellung derselben vorzusehen, wobei die oben beschriebenen Probleme eliminiert werden.
Eine weitere und spezifischere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Vorsehen einer Halbleiteranordnung, mit einem Substrat; einer ersten Schicht, die auf dem Substrat gebildet ist und aus einem Halbleiter von einem ersten Leitfähigkeitstyp besteht; einer zweiten Schicht, die auf der ersten Schicht gebildet ist und als Fotoabsorptionsschicht dient; einer dritten Schicht, die auf der zweiten Schicht gebildet ist und aus einem Halbleiter vom ersten Leitfähigkeitstyp besteht; einer Vielzahl von Zonen, die in der dritten Schicht gebildet sind und aus einem Halbleiter von einem zweiten Leitfähigkeitstyp bestehen, der zum ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt ist, wodurch eine Vielzahl von pin-Dioden gebildet wird, wobei jede der Zonen zumindest die zweite Schicht erreicht; und einer Vielzahl von Elektroden, die jeweils auf den Zonen gebildet sind und aus demselben Elektrodenmaterial bestehen; wobei eine erste Elektrode von den Elektroden eine positive Spannung empfängt, um eine erste pin-Diode von den pin-Dioden in der Durchlaßrichtung vorzuspannen; und eine zweite Elektrode von den Elektroden eine negative Spannung empfängt, um eine zweite pin-Diode von den pin-Dioden in der Sperrichtung vorzuspannen, so daß die zweite pin-Diode als pin-Fotodiode arbeitet. Gemäß der Halbleiteranordnung der vorliegenden Erfindung können die Elektroden im wesentlichen in derselben Ebene gebildet sein, und die Halbleiteranordnung kann leicht durch sogenanntes Flip-Chip-Bonden auf einem Teil montiert werden. Außerdem ist es möglich, eine große Elektrode in bezug auf einen äußerst kleinen pin-Übergang zu bilden.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Vorsehen einer Halbleiteranordnung, mit einem Substrat; einer ersten Schicht, die auf dem Substrat gebildet ist und aus einem Halbleiter besteht; einer zweiten Schicht, die auf der ersten Schicht gebildet ist und aus einem Halbleiter von einem ersten Leitfähigkeitstyp mit einer ersten Bandlücke besteht; einer dritten Schicht, welche auf der zweiten Schicht gebildet ist und aus einem Material mit einer zweiten Bandlücke besteht, die kleiner ist als die erste Bandlücke, wobei die dritte Schicht als Fotoabsorptionsschicht dient; einer vierten Schicht, die auf der dritten Schicht gebildet ist und aus einem Halbleiter vom ersten Leitfähigkeitstyp mit einer höheren Verunreinigungskonzentration als jener der dritten Schicht besteht; einer Vielzahl von Zonen, die in der vierten Schicht gebildet sind und aus einem Halbleiter von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, der zum ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt ist, bestehen, wodurch eine Vielzahl von pin-Dioden gebildet wird, wobei jeder der Zonen zumindest die dritte Schicht erreicht; und einer Vielzahl von Elektroden, die jeweils auf den Zonen gebildet sind und aus demselben Elektrodenmaterial bestehen; wobei eine erste Elektrode von den Elektroden mit einer ersten Zone von den Zonen verbunden ist, und eine positive Spannung empfängt, um eine erste pin-Diode von den pin-Dioden in der Durchlaßrichtung vorzuspannen; welche erste Zone eine erste Kontaktfläche mit der vierten Schicht aufweist; eine zweite Elektrode von den Elektroden mit einer zweiten Zone von den Zonen verbunden ist, und eine negative Spannung empfängt, um eine zweite pin-Diode von den pin- Dioden in der Sperrichtung vorzuspannen; welche zweite Zone eine zweite Kontaktfläche mit der vierten Schicht aufweist, und welche zweite Fläche größer ist als die erste Fläche. Gemäß der Halbleiteranordnung der vorliegenden Erfindung können die Elektroden im wesentlichen in derselben Ebene gebildet sein, und die Halbleiteranordnung kann durch sogenanntes Flip-Chip-Bonden leicht auf einem Teil montiert werden. Außerdem ist es möglich, den Nutzungsgrad einer von den Elektroden eingenommenen Fläche zu verbessern.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Vorsehen einer Halbleiteranordnung, mit einem Substrat; einer ersten Schicht, die auf dem Substrat gebildet ist und aus einem Halbleiter besteht; einer zweiten Schicht, die auf der ersten Schicht gebildet ist und aus einem Halbleiter von einem ersten Leitfähigkeitstyp mit einer ersten Bandlücke besteht; einer dritten Schicht, welche auf der zweiten Schicht gebildet ist und aus einem Material mit einer zweiten Bandlücke besteht, die kleiner ist als die erste Bandlücke, wobei die dritte Schicht als Fotoabsorptionsschicht dient; einer vierten Schicht, die auf der dritten Schicht gebildet ist und aus einem Halbleiter vom ersten Leitfähigkeitstyp mit einer höheren Verunreinigungskonzentration als jener der dritten Schicht besteht; und einer Vielzahl von Schottky-Elektroden, die jeweils auf der vierten Schicht in einer Vielzahl von Zonen gebildet sind und aus demselben Elektrodenmaterial bestehen; wobei eine erste Elektrode von den Elektroden mit einer ersten Zone von den Zonen der vierten Schicht verbunden ist, und eine positive Spannung empfängt, um eine erste pin-Diode von den pin- Dioden in der Durchlaßrichtung vorzuspannen; welche erste Zone eine erste Kontaktfläche mit der vierten Schicht aufweist; eine zweite Elektrode von den Elektroden mit einer zweiten Zone von den Zonen der vierten Schicht verbunden ist und eine negative Spannung empfängt, um eine zweite pin- Diode von den pin-Dioden in der Sperrichtung vorzuspannen; welche zweite Zone eine zweite Kontaktfläche mit der vierten Schicht aufweist, und welche zweite Fläche größer ist als die erste Fläche. Gemäß der Halbleiteranordnung der vorliegenden Erfindung können die Elektroden im wesentlichen in derselben Ebene gebildet sein, und die Halbleiteranordnung kann durch sogenanntes Flip-Chip-Bonden leicht auf einem Teil montiert werden. Außerdem ist es möglich, den Nutzungsgrad der von den Elektroden eingenommenen Fläche zu verbessern.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Vorsehen einer Halbleiteranordnung, mit einem semiisolierenden Substrat; einer ersten Stapelstruktur, die auf dem semiisolierenden Substrat gebildet ist und Schichten zur Bildung eines Elektronikelements enthält; und einer zweiten Stapelstruktur, die auf der ersten Stapelstruktur gebildet ist und Schichten zur Bildung eines Optoelektronikelements enthält; wobei die zweite Stapelstruktur enthält: eine erste Schicht, die auf der ersten Stapelstruktur gebildet ist und aus einem Halbleiter von einem ersten Leitfähigkeitstyp mit einer ersten Bandlücke besteht, eine zweite Schicht, welche auf der ersten Schicht gebildet ist und aus einem Material mit einer zweiten Bandlücke besteht, die kleiner ist als die erste Bandlücke, und welche zweite Schicht als Fotoabsorptionsschicht dient, eine dritte Schicht, die auf der zweiten Schicht gebildet ist und aus einem Halbleiter vom ersten Leitfähigkeitstyp mit einer höheren Verunreinigungskonzentration als jener der zweiten Schicht besteht, eine Vielzahl von Zonen, die in der dritten Schicht gebildet sind und aus einem Halbleiter von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, der zum ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt ist, bestehen, wodurch eine Vielzahl von pin-Dioden gebildet wird, wobei jede der Zonen zumindest die zweite Schicht erreicht, und eine Vielzahl von Elektroden, die jeweils auf den Zonen gebildet sind und aus demselben Elektrodenmaterial bestehen. Eine erste Elektrode von den Elektroden ist mit einer ersten Zone von den Zonen verbunden, und empfängt eine positive Spannung, um eine erste pin-Diode von den pin-Dioden in der Durchlaßrichtung vorzuspannen, wobei die erste Zone eine erste Kontaktfläche mit der dritten Schicht aufweist; eine zweite Elektrode von den Elektroden ist mit einer zweiten Zone von den Zonen verbunden, und empfängt eine negative Spannung, um eine zweite pin-Diode von den pin-Dioden in der Sperrichtung vorzuspannen, wobei die zweite Zone eine zweite Kontaktfläche mit der dritten Schicht aufweist, und die zweite Fläche größer ist als die erste Fläche.
Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Vorsehen einer Halbleiteranordnung, mit einem semiisolierenden Substrat; einer ersten Stapelstruktur, die auf dem semiisolierenden Substrat gebildet ist und Schichten zur Bildung eines Elektronikelements enthält; und einer zweiten Stapelstruktur, die auf der ersten Stapelstruktur gebildet ist und Schichten zur Bildung eines Optoelektronikelements enthält; wobei die zweite Stapelstruktur enthält: eine erste Schicht, die auf der ersten Stapelstruktur gebildet ist und aus einem Halbleiter von einem ersten Leitfähigkeitstyp mit einer ersten Bandlücke besteht, eine zweite Schicht, welche auf der ersten Schicht gebildet ist und aus einem Material mit einer zweiten Bandlücke besteht, die kleiner ist als die erste Bandlücke, wobei die zweite Schicht als Fotoabsorptionsschicht dient, eine dritte Schicht, die auf der zweiten Schicht gebildet ist und aus einem Halbleiter vom ersten Leitfähigkeitstyp mit einer höheren Verunreinigungskonzentration als jener der zweiten Schicht besteht, und eine Vielzahl von Schottky-Elektroden, die jeweils auf der dritten Schicht in einer Vielzahl von Zonen gebildet sind und aus demselben Elektrodenmaterial bestehen. Eine erste Elektrode von den Elektroden ist mit einer ersten Zone von den Zonen der dritten Schicht verbunden, und empfängt eine positive Spannung, um eine erste pin-Diode von den pin- Dioden in der Durchlaßrichtung vorzuspannen, wobei die erste Zone eine erste Kontaktfläche mit der dritten Schicht aufweist; eine zweite Elektrode von den Elektroden ist mit einer zweiten Zone von den Zonen der dritten Schicht verbunden, und empfängt eine negative Spannung, um eine zweite pin-Diode von den pin-Dioden in der Sperrichtung vorzuspannen, wobei die zweite Zone eine zweite Kontaktfläche mit der dritten Schicht aufweist, und die zweite Fläche größer ist als die erste Fläche.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist das Vorsehen eines Verfahrens zur Herstellung einer Halbleiteranordnung, welches die Schritte umfaßt: aufeinanderfolgendes Bilden erster, zweiter und dritter Schichten auf einem Substrat, wobei die erste Schicht aus einem Halbleiter von einem ersten Leitfähigkeitstyp besteht, die zweite Schicht als Fotoabsorptionsschicht dient, und die dritte Schicht aus einem Halbleiter vom ersten Leitfähigkeitstyp besteht; Bilden einer Maskenschicht auf der dritten Schicht; Bilden einer Vielzahl von öffnungen in der Maskenschicht durch Ätzen; Implantieren von Verunreinigungen in der dritten Schicht durch die öffnungen der Maskenschicht, um eine Vielzahl von Zonen zu bilden, die aus einem Halbleiter von einem zweiten Leitfähigkeitstyp bestehen, der zum ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt ist, wodurch eine Vielzahl von pin-Dioden gebildet wird, wobei jede der Zonen zumindest die zweite Schicht erreicht; Entfernen der Maskenschicht; und Bilden einer Vielzahl von Elektroden jeweils auf den Zonen, wobei die Elektroden aus demselben Elektrodenmaterial bestehen.
Andere Aufgaben und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden detaillierten Beschreibung hervor, die in Verbindung mit den beigeschlossenen Zeichnungen zu lesen ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

FIG.1A ist eine Schnittansicht, die einen wesentlichen Teil einer herkömmlichen pin-Fotodiode zeigt;
FIG.1B ist eine Schnittansicht, die einen wesentlichen Teil einer herkömmlichen lateralen pin-Fotodiode zeigt;
FIG.1C ist eine Schnittansicht, die einen wesentlichen Teil einer herkömmlichen MSM-Fotodiode zeigt;
FIG.2 ist eine Schnittansicht zur Erläuterung einer ersten Ausführungsform der Halbleiteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, um ein Betriebsprinzip davon zu erklären;
FIG.3 ist ein Schaltbild, das eine Äquivalenzschaltung der in FIG.2 dargestellten ersten Ausführungsform zeigt;
FIG.4 ist eine Schnittansicht, die einen wesentlichen Teil der ersten Ausführungsform zeigt;
FIG.5 ist eine Draufsicht, die einen wesentlichen Teil der ersten Ausführungsform zeigt;
FIG.6 ist eine Draufsicht zur Erläuterung der Montage der ersten Ausführungsform;
FIG.7 ist eine Schnittansicht zur Erläuterung einer zweiten Ausführungsform der Halbleiteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, um ein Betriebsprinzip davon zu erklären;
FIG.8 ist ein Schaltbild, das eine Äquivalenzschaltung der in FIG.7 dargestellten zweiten Ausführungsform zeigt;
FIG.9 ist eine Draufsicht, die einen wesentlichen Teil der zweiten Ausführungsform zeigt;
FIG.10 ist eine Schnittansicht, welche die zweite Ausführungsform gemäß der Linie X1-X1 in FIG.9 zeigt;
FIG.11 ist eine Schnittansicht, welche die zweite Ausführungsform gemäß der Linie X2-X2 in FIG.9 zeigt;
FIG.12 ist eine Schnittansicht zur Erläuterung einer dritten Ausführungsform der Halbleiteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, um ein Betriebsprinzip davon zu erklären;
FIG.13 ist ein Schaltbild, das eine Äquivalenzschaltung der in FIG.12 dargestellten dritten Ausführungsform zeigt;
FIG.14 ist eine Schnittansicht, die einen wesentlichen Teil der dritten Ausführungsform unter Verwendung einer Struktur zeigt;
FIG.15 ist eine Draufsicht, die einen wesentlichen Teil der dritten Ausführungsform unter Verwendung einer weiteren Struktur zeigt;
FIG.16 ist eine Schnittansicht, welche die dritte Ausführungsform gemäß der Linie X1-X1 in FIG.15 zeigt;
FIG.17 ist eine Schnittansicht, welche die dritte Ausführungsform gemäß der Linie X2-X2 in FIG.15 zeigt;
FIG.18 ist eine Schnittansicht zur Erläuterung einer vierten Ausführungsform der Halbleiteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung, um ein Betriebsprinzip davon zu erklären;
FIG.19 zeigt die Stehspannungen von in FIG.18 darge stellten pin-Diodenteilen in der Sperrichtung;
FIG.20 ist eine Schnittansicht, die einen wesentlichen Teil der vierten Ausführungsform zeigt;
FIG.21A ist eine Schnittansicht, die einen wesentlichen Teil einer fünften Ausführungsform der Halbleiteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
FIG.21B ist eine Schnittansicht zur Erläuterung eines Betriebs der fünften Ausführungsform;
FIG.22A ist eine Schnittansicht, die einen wesentlichen Teil einer sechsten Ausführungsform der Halbleiteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
FIG.22B ist eine Schnittansicht zur Erläuterung eines Betriebs der sechsten Ausführungsform;
FIG.23A und 23B sind Draufsichten, welche Elektrodenmuster zeigen, die in der fünften bzw. sechsten Ausführungsform verwendet werden können;
FIG.23C ist ein Schaltbild, das eine Äquivalenzschaltung von Fotodioden mit Elektroden mit unterschiedlichen Flächen zeigt;
FIG.24A bzw. 24B zeigen Substratstrukturen, die zur Bildung einer optoelektronischen integrierten Schaltungsanordnung geeignet sind;
FIG.25 zeigt weitere Substratstrukturen, die zur Bildung einer optoelektronischen integrierten Schaltungsanordnung geeignet sind;
FIG.26A ist eine Schnittansicht, die einen wesentlichen Teil einer siebenten Ausführungsform der Halbleiteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt; und
FIG.26B ist eine Schnittansicht, die eine Modifikation der siebenten Ausführungsform zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Zuerst erfolgt eine Beschreibung eines Betriebsprinzips einer ersten Ausführungsform der Halbleiteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf FIG.2 und 3. FIG.2 zeigt einen Schnitt eines wesentlichen Teils der Halbleiteranordnung, und FIG.3 zeigt eine Äquivalenzschaltung der ersten Ausführungsformen, wenn die notwendigen Verbindungen vorgenommen werden.
Die in FIG.2 dargestellte Halbleiteranordnung enthält ein Halbleitersubstrat 1, eine n-Typ-Halbleiterschicht 2, eine i-Typ-Fotoabsorptionsschicht 3, eine (semiisolierende) n-Typ-Halbleiterschicht 4, p-Typ-Fensterzonen 5A und 5B, eine Isolierschicht 9 beispielsweise aus Polyimid, Elektroden 7A, 7B und 7C, um den Fotostrom abzuführen, und Elektroden 8A, 8B und 8C, um die notwendigen Verbindungen vorzunehmen. In FIG.3 gezeigte pin-Fotodioden PD1, PD2A und PD2B werden durch das Vornehmen der notwendigen Verbindungen gebildet.
Die pin-Fotodiode PD1 besteht aus der n-Typ-Halbleiterschicht 2, der i-Typ-Fotoabsorptionsschicht 3, der p-Typ- Fensterzone 5A und dgl. Wie aus der p-Typ-Fensterzone 5A hervorgeht, weist die pin-Fotodiode PD1 eine äußerst kleine pin-Übergangsfläche auf. Andererseits haben die pin-Fotodioden PD2A und PD2B ziemlich große pin-Übergangsflächen verglichen mit jener der pin-Fotodiode PD1.
Wenn die Halbleiteranordnung als Lichtempfängerelement betrieben wird, wird eine Vorspannung an die pin-Fotodioden PD1, PD2A und PD2B mit der in FIG.3 gezeigten Polarität angelegt. Mit anderen Worten wird die Vorspannung derart angelegt, daß die Polarität der Elektrode 8A negativ wird, und die Polarität der Elektrode 8B positiv wird. Folglich wird eine Vorspannung in der Sperrichtung an die pin-Fotodiode PD1 angelegt, und die pin-Fotodiode PD1 arbeitet als pin- Fotodiode. Andererseits wird eine Vorspannung in der Durchlaßrichtung an jede pin-Fotodiode PD2A und PD2B angelegt, und die pin-Fotodioden PD2A und PD2B arbeiten nicht als pin- Fotodioden. Die elektrostatischen Kapazitäten der pin-Fotodioden PD2A und PD2B sind wegen der sehr großen pin-Übergangsfläche groß, und die pin-Fotodioden PD2A und PD2B sind im wesentlichen Kurzschlüsse in bezug auf ein elektrisches Hochfrequenzsignal.
Wie gezeigt existiert kein abgestufter Teil an der Oberseite dieser Ausführungsform aufgrund eines Mesa-Ätzens. Auch wenn der Durchmesser des pin-Übergangs im Zentrum 5 bis 10 µm beträgt und äußerst klein ist, ist es daher weiterhin möglich, die relativ großen Elektroden 7A und 8A zum Abführen des Fotostroms vorzusehen. Da außerdem die Isolatorschicht 9 wie in FIG.2 gezeigt vorgesehen ist, erhöht sich die Streukapazität nicht.
Das Halbleitersubstrat 1 besteht beispielsweise aus n&spplus;-Typ-InP, die n-Typ-Halbleiterschicht 2 besteht aus n&spplus;-Typ-Inp, die i-Typ-Fotoabsorptionsschicht 3 besteht aus undotiertem InGaAs, und die n-Typ-Halbleiterschicht 4 besteht aus n&supmin;-InP.
Daher nehmen die anderen pin-Fotodioden PD2A und PD2B als die pin-Fotodiode PD1, welche die fotoelektrische Umwandlung durchführt, relativ große Flächen ein und können bei der Montage der Halbleiteranordnung eine stabile Stütze vorsehen. Da außerdem die Vorspannung in der Durchlaßrichtung an die pin-Fotodioden PD2A und PD2B angelegt wird, kann problemlos ein großer Fotostrom aus diesen pin-Fotodioden PD2A und PD2B erhalten werden. Ferner ist die Struktur in dieser Ausführungsform für das sogenannte Flip-Chip-Bonden besonders geeignet, und daher ist es möglich, die Streu induktanz und Streukapazität zu minimieren, sowie die Verschlechterung der Charakteristiken der Halbleiteranordnung zu verhindern.
Als nächstes erfolgt eine Beschreibung einer besonderen Struktur der ersten Ausführungsform mit Bezugnahme auf FIG.4 bis 6. FIG.5 zeigt eine Draufsicht eines wesentlichen Teils der ersten Ausführungsform, und FIG.4 zeigt einen Schnitt entlang der Linie X-X in FIG.5.
Die in FIG.4 und 5 dargestellte Halbleiteranordnung enthält ein n&spplus;-Typ-InP-Substrat 11, das eine Mikrolinse 11A aufweist. Eine n&spplus;-Typ-InP-Schicht 12, eine undotierte InGaAs-Fotoabsorptionsschicht 13 und eine n&supmin;-Typ-InP-Schicht 14 sind aufeinanderfolgend auf dem n&spplus;-Typ-InP-Substrat 11 gestapelt. Eine p-Typ-Fensterzone 15A und p-Typ-Fensterzonen 15B sind in der n&supmin;-Typ-InP-Schicht 14 gebildet. Eine Isolatorschicht 21 aus Polyimid ist auf der n&supmin;-Typ-InP-Schicht 14 gebildet. Elektroden sind auf den p-Typ-Fensterzonen 15A und 15B gebildet. Eine Elektrode, die mit der p-Typ-Fensterzone 15A verbunden ist, besteht aus einer ohmschen Kontaktmetallschicht 17, einer Sperrmetallelektrode 18A und einer Verbindungselektrode 19A. Jede Elektrode, die mit der p-Typ-Fensterzone 15B verbunden ist, besteht aus einer ohmschen Kontaktmetallschicht 17, einer Sperrmetallelektrode 18B oder 18C und einer Verbindungselektrode 19B oder 19C. Eine nichtreflektierende Überzugsschicht 20 ist auf der Oberfläche des n&spplus;-Typ-InP-Substrats 11 gebildet.
Dicke, Verunreinigungskonzentration und dgl. der die erste Ausführungsform bildenden Schichten werden beispielsweise wie folgt ausgewählt. Das n&spplus;-Typ-InP-Substrat 11 hat eine Dicke S1 von 70 µm und eine Verunreinigungskonzentration von 1 x 10¹&sup8; cm&supmin;³. Die Mikrolinse 11A hat eine maximale Dicke S2 von 6 µm und einen Aperturdurchmesser von 50 µm. Die n&spplus;-Typ-InP-Schicht 12 hat eine Dicke von 1,5 µm und eine Verunreinigungskonzentration von 1 x 10¹&sup8; cm&supmin;³. Die InGaAs- Fotoabsorptionsschicht 13 hat eine Dicke von 1,4 µm. Die n&supmin;-Typ-InP-Schicht 14 hat eine Dicke von 1 µm und eine Verunreinigungskonzentration von 1 x 10¹&sup6; cm&supmin;³. Die p-Typ-Fensterzonen 15A und 15B sind mit Zn als Verunreinigung dotiert und haben eine Verunreinigungskonzentration von ungefähr 1 x 10¹&sup8; cm&supmin;³. Die Isolatorschicht 21 hat eine Dicke von 2 µm. Die ohmsche Kontaktmetallschicht 17 besteht aus einer AuZn/Au-Struktur. Die Sperrmetallelektroden 18A, 18B bzw. 18C bestehen aus einer Ti/Pt/Au-Struktur. Die Verbindungselektroden 19A, 19B bzw. 19C bestehen aus AuSn.
In dieser Ausführungsform liegt der Durchmesser des pin-Übergangs der pin-Fotodiode, welche die p-Typ-Fensterzone 15A enthält (in FIG.3 gezeigte pin-Fotodiode PD1), im Bereich von 5 bis 10 µm und ist äußerst klein. Daher ist die Hinterseite des Substrats 11 als Mikrolinse 11A mit dem Aperturdurchmesser von 50 µm ausgebildet, um das einfallende Licht zu konvergieren, das die p-Typ-Fensterzone 15A erreichen soll. Obwohl der pin-Übergang unterhalb der Mikrolinse 11A äußerst klein ist, existiert kein abgestufter Teil an der Oberseite der Halbleiteranordnung. Daher können die Elektroden 18A und 19A zur Verwendung beim Abführen des Fotostroms in der ungefähr umgekehrten T-Form ausgebildet werden, die relativ groß ist, und es ist möglich, eine Erhöhung der Streukapazität wie oben beschrieben zu vermeiden.
FIG.6 zeigt eine Draufsicht eines wesentlichen Teils eines Musters, in dem die erste Ausführungsform zu montieren ist. In FIG.6 geben die Teile 19A', 19B' bzw. 19C' Positionen an, wo die entsprechenden Elektroden 19A, 19B und 19C gebondet werden. Das Bonden der in FIG.5 dargestellten Halbleiteranordnung an das in FIG.6 gezeigte Muster erfolgt durch das sogenannte Flip-Chip-Bonden.
Die Anzahl von Verbindungselektroden und die Anordnung davon sind nicht auf jene der in FIG.5 dargestellten ersten Ausführungsform beschränkt. Beispielsweise ist es möglich, drei Verbindungselektroden jeweils an den Spitzen eines gleichseitigen Dreiecks vorzusehen. Außerdem können die Verbindungselektroden unterschiedliche Größen aufweisen, und die Position der pin-Fotodiode, die tatsächlich die fotoelektrische Umwandlung durchführt, ist nicht auf das Zentrum der Halbleiteranordnung beschränkt.
Als nächstes erfolgt eine Beschreibung des Betriebsprinzips einer zweiten Ausführungsform einer Halbleiteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf FIG.7 und 8.
In FIG.7, die eine Schnittansicht der Halbleiteranordnung zeigt, besteht ein Substrat 1 aus einem semiisolieren den oder leitfähigen Halbleiter, wie InP und GaAs. In dieser Ausführungsform wird ein n&spplus;-Typ-Halbleitersubstrat als Substrat 1 verwendet. Eine n&spplus;-Typ-Halbleiterschicht 2, die aus n&spplus;-Typ-InP, n&spplus;-Typ-AlGaAs oder dgl. besteht, ist auf dem n&spplus;-Typ-Substrat 1 gebildet. Eine Fotoabsorptionsschicht 3, die aus undotiertern InGaAs, undotiertem GaAs oder dgl., besteht, ist auf der n&spplus;-Typ-Halbleiterschicht 2 gebildet. Eine n&supmin;-Typ-Fensterschicht 4, die aus n&supmin;-Typ-InP, n&supmin;-Typ-AlGaAs oder dgl. besteht, ist auf der Fotoabsorptionsschicht 3 gebildet. Eine Vielzahl von p-Typ-Fensterzonen 5 ist in der n&supmin;-Typ-Fensterschicht 4 gebildet, und eine Elektrode zur Verbindung ist auf jeder p-Typ-Fensterzone 5 gebildet. A, B und C bezeichnen pin-Fotodiodenteile.
Wie in FIG.7 gezeigt, sind die pin-Fotodiodenteile A und C groß verglichen mit dem pin-Fotodiodenteil B. Mit anderen Worten ist die pin-Übergangsfläche an den pin-Fotodiodenteilen A und C groß verglichen mit jener am pin-Fotodiodenteil B.
FIG.8 zeigt eine Äquivalenzschaltung der in FIG.7 dargestellten Halbleiteranordnung, wenn die notwendigen Verbindungen vorgenommen werden, um als Halbleiteranordnung betrieben zu werden. In FIG.8 werden dieselben Bezugszeichen verwendet wie in FIG.7.
Wie in FIG.8 dargestellt, ist der pin-Fotodiodenteil A in der Durchlaßrichtung in bezug auf eine Energiequelle PS angeschlossen und arbeitet als Energiezufuhr. An den pin- Fotodiodenteil B wird eine Vorspannung in der Sperrichtung angelegt, und er selbst dient als Fotodiode. Der pin-Fotodiodenteil C ist in der Sperrichtung in bezug auf die Energiequelle PS angeschlossen. Da die pin-Übergangsfläche des pin-Fotodiodenteils C groß ist, arbeitet der pin-Fotodiodenteil C jedoch als Bypass-Kondensator zum Ableiten der Stoßspannung, wenn die Stoßspannung an den pin-Fotodiodenteil B angelegt wird, der äußerst klein ist.
Als nächstes erfolgt eine Beschreibung einer besonderen Struktur der zweiten Ausführungsform mit Bezugnahme auf FIG.9 bis 11. FIG.9 zeigt eine Draufsicht eines wesentlichen Teils der zweiten Ausführungsform. FIG.10 und 11 sind Schnittansichten gemäß der Linie X1-X1 bzw. X2-X2 in FIG.9.
In dieser Ausführungsform enthält ein n&spplus;-Typ-InP-Substrat 11 S als Verunreinigung, und die Verunreinigungskonzentration beträgt 2 x 10¹&sup8; cm&supmin;³. Eine n&spplus;-Typ-InP-Schicht 12 mit einer Dicke von 1,0 µm enthält Si als Verunreinigung, und die Verunreinigungskonzentration beträgt 5 x 10¹&sup7; cm &supmin;³. Eine undotierte InGaAs-Fotoabsorptionsschicht 13 hat eine Dicke von 1,4 µm. Eine n&supmin;-Typ-InP-Fensterschicht 14 mit einer Dicke von 1 µm enthält Si als Verunreinigung, und die Verunreinigungskonzentration beträgt 1 x 10¹&sup6; cm&supmin;³. Eine p-Typ-Fensterzone 15 enthält Zn als Verunreinigung, und die Verunreinigungskonzentration beträgt 1 x 10¹&sup8; cm&supmin;³. Eine Elektrode 16 verwendet ein Kontaktmetall aus einer Au/Zn/Au- Struktur, ein Sperrmetall aus einer Ti/Pt-Struktur, ein Elektronenfängermetall aus Au, und ein Flip-Chip-Bondmaterial aus AuSn. Die Dicke des Kontaktmetalls beträgt 40 nm/8 nm/12 nm, und die Dicke des Sperrmetalls beträgt 50 nm/300 nm. Die Dicke des Elektronenfängermetalls beträgt 20 nm, und die Dicke des Flip-Chip-Bondmaterials beträgt 3 µm.
Als nächstes erfolgt eine Beschreibung eines Betriebsprinzips einer dritten Ausführungsform der Halbleiteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf FIG.12 und 13. In FIG.12 und 13 sind die Teile, die gleich sind wie die entsprechenden Teile in FIG.7 und 8, mit den selben Bezugszahlen bezeichnet, und eine Beschreibung davon entfällt.
In FIG.12, die eine Schnittansicht der Halbleiteranordnung zeigt, ist eine p-Typ-Fensterzone 5' in einem pn-Übergang-Diodenteil A' vorgesehen. Diese Fensterzone 5' kann aus einem n-Typ-Halbleiter bestehen.
In der Halbleiteranordnung, die als Lichtempfängeranordnung dient, wirkt der in FIG.7 gezeigte pin-Fotodiodenteil A nur als Verbindungsanordnung, um dem Teil B eine negative Spannung zuzuführen. Daher ist die i-Typ-Fotoabsorptionsschicht 3 für den Betrieb des pin-Fotodiodenteus A nicht notwendig, und das Vorliegen der i-Typ-Fotoabsorptionsschicht 3 erzeugt stattdessen einen Spannungsabfall in der Durchlaßrichtung.
Aus diesem Grund wird im pn-Übergang-Diodenteil A' dieser Ausführungsform die p-Typ-Fensterzone 5' tief gemacht, um die n&spplus;-Typ-Halbleiterschicht 2 zu erreichen.
FIG.13 zeigt eine Äquivalenzschaltung der in FIG.12 dargestellten Halbleiteranordnung, wenn die notwendigen Verbindungen für den Betrieb der Halbleiteranordnung vorgenommen werden. Die in FIG.13 dargestellte Äquivalenzschaltung unterscheidet sich von der in FIG.8 gezeigten dadurch, daß der pn-Übergang-Diodenteil A' anstelle des pin-Fotodiodenteils A vorgesehen ist. Wenn der n-Typ-Halbleiter die Fensterzone 5' bildet, wird der pn-Übergang-Diodenteil A' selbstverständlich vollständig kurzgeschlossen, wie durch eine strichlierte Linie in FIG.13 gezeigt.
Als nächstes erfolgt eine Beschreibung einer besonderen Struktur der dritten Ausführungsform mit Bezugnahme auf FIG.14. In FIG.14 sind die Teile, die gleich sind wie die entsprechenden Teile in FIG.9 bis 11, mit denselben Bezugszahlen bezeichnet, und eine Beschreibung davon entfällt.
FIG. 14 entspricht einem wesentlichen Teil der dritten Ausführungsform gemäß der in FIG.9 gezeigten Linie X2-X2, wenn die in FIG.9 dargestellte Struktur verwendet wird. Wie gezeigt ist eine Vertiefung 14A in der n&supmin;-Typ-InP-Fensterschicht 14 gebildet. Die Vertiefung 14A wird durch Ätzen der Oberfläche der n&supmin;-Typ-InP-Fensterschicht 14 gebildet. Eine tiefe p-Typ-Fensterzone 25 wird durch Verunreinigungsdiffusion gebildet, die durchgeführt wird, um die p-Typ-Fensterzonen 15 der pin-Fotodiodenteile B und C zu bilden. Daher werden die p-Typ-Fensterzonen 15 und 25 gleichzeitig gebildet, obwohl die p-Typ-Fensterzone 25 tiefer ist als die p-Typ-Zonen 15..
Nun erfolgt eine Beschreibung einer weiteren besonderen Struktur der dritten Ausführungsform mit Bezugnahme auf FIG.15 bis 17. FIG.15 zeigt eine Draufsicht eines wesentlichen Teils der dritten Ausführungsform. FIG.16 und 17 sind Schnittansichten gemäß der Linie X1-X1 bzw. X2-X2 in FIG.15. In FIG.15 bis 17 sind die Teile, die gleich sind wie die entsprechenden Teile in FIG.9 bis 11, mit denselben Bezugszahlen bezeichnet, und eine Beschreibung davon entfällt.
In dieser Ausführungsform haben die n&supmin;-Typ-InP-Fensterzonenschicht 14 und die InGaAs-Fotoabsorptionsschicht 12 eine Mesa-Struktur im Gegensatz zur in FIG.9 bis 11 gezeigten ersten Ausführungsform. Außerdem erreicht die p-Typ Fensterzone 15 des pin-Fotodiodenteils A die n&spplus;-Typ-InP- Schicht 12 über eine p-Typ-Verunreinigungsdiffusionszone 17.
In FIG.15 bis 17 kann ein n-Typ-Halbleiter für die Fensterzone 15 des pin-Fotodiodenteils A verwendet werden. In diesem Fall wird es jedoch bevorzugt, die n-Typ-Fensterzone 15 und die n&spplus;-Typ-InP-Schicht 12 durch die Bildung einer AuGe/Au-Schicht an der Seitenfläche der Mesa-Struktur zu verbinden.
Als nächstes erfolgt eine Beschreibung eines Betriebsprinzips einer vierten Ausführungsform der Halbleiteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf FIG.18 und 19. FIG.18 zeigt einen Schnitt eines wesentlichen Teils der Halbleiteranordnung, und FIG.19 zeigt Stehspannungen der pin-Fotodiodenteile B und C in der Sperrichtung. In FIG.18 sind die Teile, die gleich sind wie die entsprechenden Teile in FIG.7, 8, 12 und 13, mit denselben Bezugszahlen bezeichnet, und eine Beschreibung davon entfällt.
In dieser Ausführungsform enthält der pin-Fotodioden teil C eine p-Typ-Fensterzone 5". Die Tiefe dieser p-Typ- Fensterzone 5" ist größer als die entsprechende p-Typ-Fensterzone 5 des pin-Fotodiodenteils C der in FIG.9 bis 11 dargestellten ersten Ausführungsform Mit anderen Worten ist die p-Typ-Fensterzone 5" des pin-Fotodiodenteus C, der als Bypass-Kondensator dient, tiefer als die p-Typ-Fensterzonen der pin-Fotodiodenteile A und B.
FIG.19 zeigt die Stehspannungen der in FIG.18 dargestellten pin-Fotodiodenteile B und C in der Sperrichtung. In FIG.19 gibt die Ordinate den Strom an, und die Abszisse gibt die Spannung an. Wie aus FIG.19 hervorgeht, ist die Stehspannung in der Sperrichtung am pin-Übergang des pin-Fotodiodenteus C, der als Bypass-Kondensator dient, niedriger als die Stehspannung in der Sperrichtung am pin-Übergang des pin-Fotodiodenteus B, der als pin-Fotodiode wirkt. Daher wird der Effekt des Schützens des pin-Fotodiodenteils B gegen die Stoßspannung oder dgl. in dieser Ausführungsform verbessert. Die Stehspannung in der Sperrichtung fällt im pin-Fotodiodenteil C, da die Grenzfläche der p-Typ-Fensterzone 5" innerhalb der undotierten InGaAs-Fotoabsorptionsschicht 3 vorliegt, die eine schmale Energiebandlücke aufweist. Andererseits ist die Stehspannung im pin-Fotodiodenteil B hoch, da die Grenzfläche der p-Typ-Fensterzone 5 an der Grenzfläche zwischen der n&supmin;-Typ-Fensterschicht 14 und der undotierten InGaAs-Fotoabsorptionsschicht 3 vorliegt. Als nächstes erfolgt eine Beschreibung einer besonderen Struktur der vierten Ausführungsform mit Bezugnahme auf FIG.20. In FIG.20 sind die Teile, die gleich sind wie die entsprechenden Teile in FIG.9 bis 17, mit denselben Bezugszahlen bezeichnet, und eine Beschreibung davon entfällt. FIG.20 entspricht beispielsweise einem Schnitt der in FIG.9 gezeigten Struktur gemäß einer diagonalen Richtung. Daher sind alle Elektroden 16 für die pin-Fotodiodenteile A, B und C in FIG.20 dargestellt.
In FIG.20 ist eine Vertiefung 148 in der n&supmin;-Typ-InP- Fensterschicht 14 gebildet, und eine n-seitige Elektrode 28 ist auf dem Substrat 11 vorgesehen. Eine Öffnung 28A ist in der n-seitigen Elektrode 28 zum Empfangen des ankommenden Lichts gebildet.
Die Vertiefung 14B wird durch Ätzen der Oberfläche der n&supmin;-Typ-InP-Fensterschicht 14 gebildet. Eine tiefe p-Typ-Fensterzone 35 wird durch Verunreinigungsdiffusion gebildet, die durchgeführt wird, um die p-Typ-Fensterzonen 15 der pin- Fotodiodenteile A und B zu bilden. Daher werden die p-Typ- Fensterzonen 15 und 35 gleichzeitig gebildet, obwohl die p-Typ-Fensterzone 35 tiefer ist als die p-Typ-Zonen 15. In FIG.20 wird das einfallende Licht durch die Öffnung 28A in der n-seitigen Elektrode 28 empfangen, die an der Hinter- oder Unterseite des Substrats 11 vorgesehen ist. Es ist jedoch selbstverständlich möglich, das einfallende Licht von der Oberseite der Struktur zu empfangen. Ähnlich ist es in jeder der oben beschriebenen Ausführungsformen möglich, das einfallende Licht von der Oberseite der Struktur zu empfangen.
In jeder der in FIG.9 bis 11, 14 bis 17 und 20 dargestellten Ausführungsformen beträgt die Größe des rechteckigen Chips 200 µm x 200 µm. Außerdem beträgt der Durchmesser der p-Typ-Fensterzone 15 des pin-Fotodiodenteils B 15 bis 20 µm. Für den Betrieb der Halbleiteranordnung in jeder oben beschriebenen Ausführungsform werden die Verbindungen wie in der Äquivalenzschaltung in FIG.8 oder 13 gezeigt vorgenommen.
Als nächstes erfolgt eine Beschreibung einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung der Halbleiteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Zweckmäßigkeit halber wird angenommen, daß die in FIG.9 bis 11 dargestellte Ausführungsform hergestellt wird.
Zuerst werden die n&spplus;-Typ-InP-Schicht 12, die undotierte InGaAs-Fotoabsorptionsschicht 13 und die n&supmin;-Typ-InP-Fensterschicht 14 aufeinanderfolgend auf dem n&spplus;-Typ-InP-Substrat unter Verwendung metallorganischer Gasphasenexpitaxie (MOVPE)-Techniken gebildet.
Als zweites wird eine Maskenschicht aus SiO&sub2;, SiN oder dgl. auf der gesamten Oberseite der Struktur durch thermische chemische Dampfabscheidung (CVD), Plasma-CVD oder dgl. gebildet.
Als drittes werden Öffnungen zur Implantation von Verunreinigungen in der Maskenschicht durch Ätzen unter Verwendung einer Fotolithografietechnik gebildet.
Als viertes werden die p-Typ-Fensterzonen 15 mittels Implantation von Zn durch die Öffnungen in der Maskenschicht unter Verwendung einer thermischen Diffusionstechnik gebildet. Diese thermische Diffusion wird beispielsweise bei einer Temperatur von 500ºC während ungefähr 30 Minuten durchgeführt.
Als fünftes werden dann die Elektroden 16 unter Verwendung des Resistverfahrens, Dampfabscheidungsverfahrens und Abhebeverfahrens der Fotolithografietechnik gebildet. Mit anderen Worten wird die Maskenschicht entfernt, und danach werden die Elektroden 16 gebildet.
Bei der Bildung der Vertiefung 14A oder 14B kann die Vertiefung 14A oder 14B in der n -Typ-InP-Schicht 14 selbstverständlich vor der Bildung der Maskenschicht gebildet werden.
Gemäß der zweiten bis vierten Ausführungsform wird die p-seitige Elektrode des pin-Fotodiodenteus B, der ursprünglich als pin-Fotodiode arbeitet, mit einem Lastwiderstand R zum Umwandeln des Fotostroms in die Spannung verbunden. Daher wird, verglichen mit dem pin-Fotodiodenteil C, die Vorspannung des pin-Fotodiodenteils B in der Sperrichtung konstant auf einem niedrigen Wert gehalten. Auch wenn die Stoßspannung an die pin-Fotodiodenteile B und C über die Energiequellenleitung angelegt wird, fließt folglich der Sperrstrom schneller zum pin-Fotodiodenteil C, um einen Durchbruch des pin-Fotodiodenteils B zu verhindern. Auch wenn die Stoßspannung in Impulsform an die pin-Fotodiodenteile B und C angelegt wird, wird die Impulsstoßspannung außerdem von der großen Übergangskapazität des pin-Fotodiodenteus C ausreichend absorbiert, um einen Durchbruch des pin-Fotodiodenteils B zu verhindern.
Als nächstes erfolgt eine Beschreibung einer fünften Ausführungsform der Halbleiteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf FIG.21A und 21B.
In FIG.21A wird ein semiisolierendes InP-Substrat 101 mit Fe dotiert, und eine undotierte InP-Schicht 102 wird auf dem semiisolierenden InP-Substrat 101 als Pufferschicht gebildet. Eine n&spplus;-Typ-InAlAs-Schicht 103 mit einer breiten Bandlücke und einer hohen Verunreinigungskonzentration wird auf der undotierten InP-Schicht 102 als Trägerzufuhrschicht gebildet. Die n&spplus;-Typ-InAlAs-Schicht 103 hat beispielsweise eine Dicke von ungefähr 100 nm und wird mit Si dotiert, so daß die Verunreinigungskonzentration ungefähr 1 x 10¹&sup8; cm&supmin;³ beträgt. Eine undotierte InGaAs-Fotoabsorptionsschicht 104 mit einer relativ schmalen Bandlücke wird auf der n&spplus;-Typ- InAlAs-Schicht 103 gebildet. Die undotierte InGaAs-Fotoabsorptionsschicht 104 hat beispielsweise eine Dicke von ungefähr 1,7 µm. Die undotierte InGaAs-Fotoabsorptionsschicht 104 hat eine schmälere Bandlücke verglichen mit jener der n&spplus;-Typ-InAlAs-Schicht 103 und empfängt die Träger (Elektronen) von der n&spplus;Typ-InAlAs-Schicht 103. Aus diesem Grund wird eine zweidimensionale Träger- (Elektronen-) Gasschicht 110 in der Nähe einer Grenzfläche zwischen der undotierten InGaAs-Fotoabsorptionsschicht 104 und der n&spplus;-Typ-InAlAs- Schicht 103 gebildet.
Eine n&supmin;-Typ-InP-Fensterschicht 105 mit einer breiten Bandlücke wird auf der undotierten InGaAs-Fotoabsorptionsschicht 104 gebildet. Die n&supmin;-Typ-InP-Fensterschicht 105 hat beispielsweise eine Dicke von ungefähr 0,3 µm und wird mit Si dotiert, so daß die Verunreinigungskonzentration ungefähr 1 x 10¹&sup6; cm&supmin;³ beträgt. Zn wird selektiv in die n&supmin;-Typ-InP- Fensterschicht 105 diffundiert, um p&spplus;-Typ-InP-Zonen 106 und 107 zu bilden. Die p&spplus;-Typ-InP-Zone 106 ist breiter (oder hat eine größere Fläche) als die p&spplus;-Typ-InP-Zone 107. Ohmsche Elektroden, die aus einer AuZn/Au-Struktur bestehen, werden auf jeder p&spplus;-Typ-InP-Zone 106 und 107 gebildet. Eine breite Elektrode 108 wird auf der breiten p&spplus;-Typ-InP-Zone 106 gebildet, und eine schmale Elektrode 109 wird auf der schmalen p&spplus;-Typ-InP-Zone 107 gebildet. Eine Vorspannung in der Sperrichtung (negative Spannung) von einer Vorspannungsquelle 120 wird an die breite Elektrode 108 angelegt, während eine Vorspannung in der Durchlaßrichtung (positive Spannung) von der Vorspannungsquelle 120 an die schmale Elektrode 109 angelegt wird.
FIG.21B zeigt den Betriebsmechanismus der in FIG.21A dargestellten fünften Ausführungsform. Eine breite Verarmungsschicht wird durch die Vorspannung in der Sperrichtung unter der breiten Elektrode 108 gebildet, der die negative Spannung zugeführt wird, das heißt unter der p&spplus;-Typ-InP-Zone 106. Aus diesem Grund wird die zweidimensionale Trägergasschicht 110 zur Grenze zwischen der undotierten InGaAs-Fotoabsorptionsschicht 104 und der n&spplus;-Typ-INALAS-Schicht 103 vorgeschoben.
Andererseits entwickelt sich keine Verarmungsschicht durch die Spannung in der Durchlaßrichtung unter der schmalen Elektrode 109, der die positive Spannung zugeführt wird, das heißt unter der p&spplus;-Typ-InP-Zone 107. Daher wird die zweidimensionale Trägergasschicht 110, die entgegengesetzte Polarität aufweist, zur schmalen Elektrode 109 angezogen. Folglich bewegt sich die zweidimensionale Trägergasschicht 110 näher zur p&spplus;-Typ-InP-Zone 107 unter der schmalen Elektrode 109, wie in FIG.218 gezeigt.
Daher wird die breite Verarmungsschicht mit der ungefähr vertikalen Grenzfläche unter der breiten Elektrode 108 gebildet, die in Sperrichtung vorgespannt ist. Wenn die Elektron-Loch-Paare beim Empfang des einfallenden Lichts erzeugt werden, werden diese Träger aufgrund des elektrischen Felds daher mit einer hohen Geschwindigkeit bewegt. Andererseits wird die zweidimensionale Trägergasschicht 110 zur p&spplus;-Typ-InP-Zone 107 unter der schmalen Elektrode angezogen, die in der Durchlaßrichtung vorgespannt ist. Aus diesem Grund werden die Elektrode 109 und die zweidimensionale Trägergasschicht 110 über einen niedrigen Widerstand verbunden, und die zweidimensionale Trägergasschicht 110 wirkt als Zwischenelektrode.
Gemäß dieser Ausführungsform entwickelt sich das elektrische Feld vertikal in einer breiten Zone innerhalb der undotierten InGaAs-Fotoabsorptionsschicht 104, wodurch eine Ansprechzone mit hoher Geschwindigkeit gebildet wird. Da die zweidimensionale Trägergasschicht 110 zufriedenstellend leitfähig ist, ist es außerdem möglich, eine Zone zu eliminieren, in welcher der Trägertransport langsam ist, wenn Licht absorbiert wird. Folglich wird die Ansprechgeschwindigkeit der Fotodiode hoch.
In FIG.21A und 21B sind die positive und die negative Elektrode 108 und 109 mit den p&spplus;-Typ-InP-Zonen 106 und 107 unter Verwendung eines ohmschen Kontakts verbunden.
Als nächstes erfolgt eine Beschreibung einer sechsten Ausführungsform der Halbleiteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf FIG.22A und 22B. In dieser Ausführungsform wird das Konzept der fünften Ausführungsform bei der MSM-Fotodiode verwendet, die den Schottky- Kontakt einsetzt. In FIG.22A und 22B sind die Teile, die gleich sind wie die entsprechenden Teile in FIG.21A und 21B, mit denselben Bezugszahlen bezeichnet, und eine Beschreibung davon entfällt.
In FIG.22A wird eine n&supmin;-Typ-InAlAs-Schottky-Kontaktschicht 112 zur Bildung eines Schottky-Kontakts auf der undotierten InGaAs-Fotoabsorptionsschicht 104 gebildet. Die n&supmin;-Typ-InAlAs-Schottky-Kontaktschicht 112 hat beispielsweise eine Dicke von ungefähr 20 nm. Eine breite Schottky-Kontaktelektrode 114 mit einer großen Fläche und eine schmale Schottky-Kontaktelektrode 115 mit einer kleinen Fläche bestehen jeweils aus Al und sind auf der n&supmin;-Typ-InAlAs- Schottky-Kontaktschicht 112 gebildet. Die n&spplus;-Typ-InAlAs- Schicht (Trägerzufuhrschicht) 103 hat beispielsweise eine Dicke von ungefähr 100 nm und ist mit Si dotiert, so daß die Verunreinigungskonzentration ungefähr 1 x 10¹&sup8; cm&supmin;³ beträgt. Ferner hat die undotierte InGaAs-Fotoabsorptionsschicht 104 eine Dicke von ungefähr 1,7 µm, und die n&supmin;-Typ-InAlAs- Schottky-Kontaktschicht 112 hat eine Dicke von ungefähr nm.
Gemäß dieser Ausführungsform werden die Träger von der n&spplus;-Typ-InAlAs-Schicht (Trägerzufuhrschicht) 103 zur undotierten InGaAs-Fotoabsorptionsschicht 104 zugeführt, ähnlich wie im Fall der fünften Ausführungsform, und die zweidimensionale Trägergasschicht 110 wird in der Nähe der Grenzfläche zwischen der n&spplus;-Typ-InAlAs-Schicht 103 und der undotierten InGaAs-Fotoabsorptionsschicht 104 gebildet. Mit anderen Worten hat die zweidimensionale Trägergasschicht 110 einen niedrigen Widerstand, und konfrontiert die Schottky- Elektrode 114 und 115 über die undotierte InGaAs-Fotoabsorptionsschicht 104.
FIG.22B zeigt den Betriebsmechanismus der in FIG.22A dargestellten sechsten Ausführungsform. Eine negative Spannung zum Vorspannen in der Sperrichtung wird an die breite Schottky-Elektrode 114 angelegt, und eine positive Spannung zum Vorspannen in der Durchlaßrichtung wird an die schmale Schottky-Elektrode 115 angelegt. Aus diesem Grund wird unter der Schottky-Elektrode 115 die zweidimensionale Trägergasschicht 110 durch die an die Schottky-Elektrode 115 angelegte positive Spannung hochgezogen, und wird nahe bei der Schottky-Elektrode 115 verteilt. Andererseits wird unter der Schottky-Elektrode 114 die zweidimensionale Trägergasschicht 110 durch die an die Schottky-Elektrode 114 angelegte negative Spannung nach unten gezogen, zur Grenze zwischen der undotierten InGaAs-Fotoabsorptionsschicht 104 und der n&spplus;-Typ-InAlAs-Schicht 103, wodurch eine breite Verarmungsschicht gebildet wird. Daher wird die undotierte InGaAs- Fotoabsorptionsschicht 104 von der Verarmungsschicht und der Zone mit dem niedrigen Widerstand eingenommen. Wenn das einfallende Licht von der undotierten InGaAs-Fotoabsorptionsschicht 104 absorbiert wird, und die Elektron-Loch-Paare erzeugt werden, werden diese Träger daher rasch zur Schottky- Elektrode 114 und 115 gezogen.
In der fünften und sechsten Ausführungsform besteht die Trägerzufuhrschicht 103 aus InAlAs. Es kann jedoch ein beliebiges Material, wie InP, welches eine breite Bandlücke aufweist und ein Gitter bildet, das mit der Fotoabsorptionsschicht 104 übereinstimmt, für die Trägerzufuhrschicht 103 verwendet werden.
Als nächstes erfolgt eine Beschreibung der elektrischen Charakteristiken der Fotodioden in der fünften und sechsten Ausführungsform mit Bezugnahme auf FIG.23A bis 23C.
FIG.23A zeigt eine Draufsicht eines Musters der Elektroden 108 und 109 oder der Elektroden 114 und 115, wenn die Elektroden vom interdigitalen Typ verwendet werden. In FIG.23A konfrontieren einander eine kammförmige Elektrode 116 mit einer relativ großen Fläche und eine kammförmige Elektrode 117 mit einer relativ kleinen Fläche auf ineinander eingreifende Weise, um die Elektroden vom interdigitalen Typ zu bilden. Wenn eine Vorspannung in der Sperrichtung an die Elektrode 116 angelegt wird, und eine Vorspannung in der Durchlaßrichtung an die Elektrode 117 angelegt wird, wird eine Verarmungsschicht breit unter der Elektrode 116 gebildet, und eine lichtempfindliche Zone wird erzeugt.
FIG.22B zeigt eine Draufsicht eines Musters der Elektroden 108 und 109 oder der Elektroden 114 und 115, wenn eine periphere Elektrode eine zentrale Elektrode umgibt. In FIG.23B umgibt eine Elektrode 118 mit einer relativ großen Fläche eine Elektrode 119 mit einer relativ kleinen Fläche. In diesem Fall wird der Teil der Elektrode 119 die lichtempfindliche Zone. Daher wird eine Vorspannung in der Durchlaßrichtung an die Elektrode 118 angelegt, und eine Vorspannung in der Sperrichtung wird an die Elektrode 119 angelegt. Wenn hingegen eine Vorspannung in der Sperrichtung an die Elektrode 118 angelegt wird, und eine Vorspannung in der Durchlaßrichtung an die Elektrode 119 angelegt wird, wird der Teil der Elektrode 118 die lichtempfindliche Zone. Die lichtempfindliche Zone ändert sich ähnlich für die in FIG.23A dargestellten Elektroden vom interdigitalen Typ. FIG.23C zeigt eine Äquivalenzschaltung von Fotodioden, die Elektroden mit unterschiedlichen Flächen verwenden. FIG.23C zeigt die Äquivalenzschaltung für den in FIG.23 dargestellten Fall, wo es drei Elektroden mit der relativ großen Fläche und zwei Elektroden mit der relativ kleinen Fläche gibt.
Dioden 22a, 22b und 22c mit den relativ großen Flächen und Dioden 23a und 23b mit den relativ kleinen Flächen sind wie in FIG.23C gezeigt parallel gekoppelt. Die Dioden 22a, 22b, 22c, 23a und 23b haben interne Widerstände 24a, 24b, 24c, 25a bzw. 25b. In jeder Diode 23a und 23b, denen eine Vorspannung in der Durchlaßrichtung zugeführt wird, wird die zweidimensionale Trägergasschicht zur Elektrode gezogen, und die internen Widerstände 25a und 25b davon sind klein. Andererseits wird die zweidimensionale Trägergasschicht von der Elektrode weggeschoben, wenn eine Vorspannung in der Sperrichtung an jede Diode 22a, 22b und 22c angelegt wird, und die internen Widerstände 24a, 24b und 24c davon sind groß.
Demgemäß dienen die Dioden 23a und 23b, denen die Vorspannung in der Durchlaßrichtung zugeführt wird, und die Widerstände 25a und 25b im wesentlichen als Elektroden, die mit einem gemeinsamen Knoten N verbunden sind. Daher arbeiten die Dioden 22a, 22b und 22c ähnlich den herkömmlichen pin-Fotodioden.
In der oben beschriebenen fünften und sechsten Ausführungsform können die positiven und negativen Elektroden auf derselben Oberfläche der Struktur durch dasselbe Verfahren gebildet werden. Aus diesem Grund wird der Produktionsprozeß vereinfacht, und die Integration der Elemente wird erleichtert. Außerdem wird der Hochgeschwindigkeitsbetrieb der Fotodiode realisiert, da die Fotodiode betrieben werden kann, ohne daß eine Zone mit langsamem Ansprechen innerhalb der Fotoabsorptionsschicht gebildet wird, das heißt eine Zone, in welcher der spezifische Widerstand hoch ist, und das elektrische Feld klein ist.
In der fünften und sechsten Ausführungsform existiert nur ein Material mit einer breiteren Bandlücke an beiden Seiten der Fotoabsorptionsschicht 104. Demgemäß kann das einfallende Licht von der Ober- oder Unterseite der Struktur empfangen werden.
Als nächstes erfolgt eine Beschreibung einer Halbleiteranordnung, in der die in FIG.21A oder 21B gezeigten Fotodioden integriert sind. FIG.24A bzw. 24B zeigen eine Substratstruktur, die zur Bildung einer optoelektronischen integrierten Schaltungsanordnung geeignet ist.
In FIG.24A ist eine undotierte InP-Pufferschicht 102 auf einem semiisolierenden InP-Substrat 101 gebildet. Eine Stapelstruktur 133 zur Bildung eines Elektronikelements, wie eines Elements eines Transistors mit hoher Elektronenbeweglichkeit (HEMT), ist auf der undotierten InP-Pufferschicht 102 gebildet. Eine Stapelstruktur 134, die eine Fotodiode bilden kann, wobei ein Teil der Stapelstruktur 133 gemeinsam verwendet wird, ist auf der Stapelstruktur 133 gebildet. Eine undotierte InGaAs-Schutzdeckschicht 130 ist auf der Stapelstruktur 134 gebildet.
Bei der Bildung eines HEMT-Elements enthält die Stapelstruktur 133 eine undotierte InGaAs-Schicht 127, die eine Kanalschicht wird, eine n&spplus;-Typ-InAlAs-Schicht 128, die eine Elektronenzufuhrschicht wird, eine undotierte InAlAs-Schicht 129, und eine n&spplus;-Typ-InP-Schicht 103, die eine Elektrodenschicht wird. Die undotierte InAlAs-Schicht 129 kann weggelassen werden. Außerdem kann die Schicht 103 aus n&spplus;-Typ- InAlAs bestehen.
Die Stapelstruktur 134 enthält eine n&spplus;-Typ-InP-Schicht 103, die eine Elektronenzufuhrschicht in der Fotodiode wird, eine undotierte InGaAs-Schicht 104, die eine Fotoabsorptionsschicht wird, und eine n&supmin;-Typ-InP-Schicht 105. Die Schicht 103 kann aus n&spplus;-Typ-InAlAs bestehen.
Eine zweidimensionale Elektronengasschicht 131 ist in der undotierten InGaAs-Schicht 127 der Stapelstruktur 133 in der Nähe einer Grenzfläche zwischen der n&spplus;-Typ-InAlAs- Schicht 128 und der undotierten InGaAs-Schicht 127 gebildet. Außerdem ist eine zweidimensionale Elektronengasschicht 110 in der undotierten InGaAs-Schicht 104 der Stapelstruktur 134 in der Nähe einer Grenzfläche zwischen der n&spplus;-Typ-InP- Schicht 103 und der undotierten InGaAs-Schicht 104 gebildet.
In FIG.24B sind die Teile, die gleich sind wie die entsprechenden Teile in FIG.24A, mit denselben Bezugszahlen bezeichnet, und eine Beschreibung davon entfällt. In FIG.24B werden eine n&spplus;-Typ-InGaAs-Schicht 131 und eine n&spplus;-Typ-InP- Schicht 103 anstelle der n&spplus;-Typ-InP-Schicht 103 der in FIG.24A gezeigten Substratstruktur verwendet. Folglich haben die Stapelstrukturen 133 und 134 keinen gemeinsamen Teil.
In den in FIG.24A und 24B dargestellten Substratstrukturen ist es möglich, die in FIG.21A gezeigte Fotodiodenstruktur zu bilden, indem die undotierte InGaAs-Schutzdeckschicht 130 an der Oberfläche entfernt und Zn in die n&supmin;-Typ- InP-Schicht 105 diffundiert wird, um die p-Typ-Fensterzonen zu bilden. Außerdem ist es möglich, anstelle der n&supmin;-Typ-InP- Schicht 105 eine InAlGaAs-Schicht zu verwenden, in der sich die Zusammensetzung allmählich ändert. Beispielsweise kann eine InAlGaAs-Schicht mit einer Dicke von ungefähr 20 nm verwendet werden, die Zusammensetzung von der Fotoabsorptionsschicht InGaAs auf InAlAs geändert werden, und eine InAlAs-Schicht mit einer Dicke von ungefähr 30 nm als Schutzdeckschicht 130 verwendet werden.
Die InGaAs-Schicht, welche die Fotoabsorptionsschicht bildet, kann unter Verwendung der InP-Schicht als Ätzstopper selektiv geätzt werden. Beispielsweise ist es möglich, die InGaAs-Schicht unter Verwendung eines Ätzmittels selektiv zu ätzen, worin H&sub2;O&sub2;:H&sub2;SO&sub4;:H&sub2;O = 5:1:1.
In der in FIG.24A gezeigten Substratstruktur ist beispielsweise die undotierte InGaAs-Schicht 127 eine Kanalschicht für den Transport des zweidimensionalen Elektronengases und hat eine Dicke von ungefähr 20 bis 100 nm. Die n&spplus;-Typ-InAlAs-Schicht 128 ist eine Elektronenzufuhrschicht mit einer Verunreinigungskonzentration von ungefähr 1 x 10¹&sup8; bis 1 x 10¹&sup9; cm&supmin;³ und einer Dicke von ungefähr 20 bis 100 nm. Die n&spplus;-Typ-InP-Schicht 103 hat eine Verunreinigungskonzentration von ungefähr 1 x 10¹&sup7; bis 1 x 10¹&sup9; cm&supmin;³ und eine Dicke von ungefähr 0,05 bis 0,5 µm. Die undotierte InGaAs-Schicht 104 ist eine Fotoabsorptionsschicht mit einer Dicke von ungefähr 1 bis 2 µm. Die n&supmin;-Typ-InP-Schicht 105 hat eine Verunreinigungskonzentration von ungefähr 1 x 10¹&sup6; cm&supmin;³ und eine Dicke von ungefähr 0,1 bis 0,5 µm. Diese Schichten werden aufeinanderfolgend auf dem semiiusolierenden InP-Substrat 101 über die undotierte InP-Pufferschicht 102 durch Epitaxiewachstum gebildet.
FIG.25 zeigt eine weitere Substratstruktur, die zur Bildung einer optoelektronischen integrierten Schaltungsanordnung geeignet ist. In FIG.25 ist eine undotierte InAlAs- Schicht 141 auf dem semiisolierenden InP-Substrat 101 als Pufferschicht gebildet. Eine undotierte InGaAs-Schicht 127, die eine Kanalschicht wird, ist auf der undotierten InAlAs- Schicht 141 gebildet. Eine n-Typ-InAlAs-Schicht 144, die eine Elektronenzufuhrschicht wird, ist auf der undotierten InGaAs-Schicht 127 über einer undotierten InAlAs-Schicht 143 gebildet, die eine Abstandshalterschicht wird. Außerdem wird eine undotierte InAlAs-Schicht 145 zur Bildung eines Schottky-Gatters auf der n-Typ-INALAS-Schicht 144 gebildet. Die Schichten 127, 143, 144 und 145 bilden eine Stapelstruktur 133 zur Bildung des HEMT-Elements.
Eine undotierte InP-Schicht 146, die als Ätzstopper dient und eine Dicke von beispielsweise ungefähr 100 nm aufweist, ist auf der undotierten InAlAs-Schicht 145 gebildet. Eine undotierte InGaAs-Schicht 104, die eine Fotoabsorptionsschicht wird und eine Dicke von beispielsweise 1,5 µm aufweist, ist auf der undotierten InP-Schicht 146 gebildet. Eine InAlGaAs-Schicht 148, in der sich die Zusammensetzung allmählich ändert, hat eine Dicke von beispielsweise ungefähr 20 nm, und ist auf der undotierten InGaAs-Schicht 104 gebildet. Außerdem ist eine InAlAs-Schicht 149, die eine Sperrschicht wird und eine Dicke von beispielsweise ungefähr 30 nm aufweist, auf der InAlGaAs-Schicht 148 gebildet. Eine Schottky-Elektrode aus Al oder dgl. wird auf der InAlAs- Schicht 149 gebildet. Die Schichten 144, 145, 146, 104, 148 und 149 bilden eine Stapelstruktur, um eine MSM-Fotodiode zu bilden.
Die Ätzcharakteristiken des undotierten InGaAs und des undotierten InP unterscheiden sich voneinander. Daher ist es möglich, selektiv nur die InGaAs-Schicht 104 zu ätzen, wobei die InP-Schicht 146 als Ätzstopper und ein Ätzmittel, worin beispielsweise H&sub2;O&sub2;:H&sub2;SO&sub4;:H&sub2;O = 5:1:1, verwendet werden. Als nächstes erfolgt eine Beschreibung der siebenten Ausführungsform der Halbleiteranordnung gemäß der vorliegenden Erfindung mit Bezugnahme auf FIG.26A. In dieser Ausführungsform wird die vorliegende Erfindung bei der optoelektronischen integrierten Schaltungsanordnung verwendet, welche die in FIG.24A, 24B oder 25 gezeigte Substratstruktur einsetzt.
In FIG.26A wird ein Lichtempfängerelement 135 auf der linken Seite der Anordnung unter Verwendung der Stapelstruktur 134 gebildet, und ein Elektronikelement 136 wird auf der rechten Seite der Anordnung unter Verwendung der Stapelstruktur 133 gebildet. Das Lichtempfängerelement 135 und das Elektronikelement 136 sind über eine Verbindungsmetallschicht 137 miteinander verbunden. Die Stapelstruktur 133 unter dem Lichtempfängerelement 135 auf der linken Seite der Anordnung dient nur als Unterschichtstruktur zur physischen Stütze des Lichtempfängerelements 135. Andererseits wird die Stapelstruktur 134 über der Stapelstruktur 133 auf der rechten Seite der Anordnung durch Ätzen entfernt.
FIG.26B zeigt eine Modifikation der siebenten Ausführungsform, bei der die Oberseite der Anordnung planiert ist. Eine Zone auf der linken Seite der Anordnung, wo die Fotodiode 135 gebildet ist, wird durch selektives Ätzen des Substrats 101 als Vertiefung ausgebildet. Aus diesem Grund wird die Oberseite der Struktur, die aus der epitaktisch aufgewachsenen Stapelstruktur 133 und der Stapelstruktur 134 besteht, auf der linken Seite der Anordnung ungefähr gleich hoch wie die Substratoberfläche in der Nähe davon. Andererseits wird ein Elektronikelement 136 ähnlich dem in FIG.26A gezeigten auf der rechten Seite der Anordnung gebildet. Außerdem füllt ein Füllmaterial, wie Polyimid, den Teil der Vertiefung, der das Lichtempfängerelement 135 umgibt, das die Fotodiode enthält, um eine im wesentlichen flache Oberfläche an der Oberseite der Anordnung zu realisieren. Wenn das Elektronikelement 136 und das Lichtempfängerelement 135 nahe beieinander angeordnet sind, ist es selbstverständlich möglich, die Vertiefung des Substrats 101 seichter zu machen, verglichen mit jener, die in FIG.26B gezeigt ist, so daß die Oberseiten der Elemente 136 und 135 im wesentlichen gleich werden.
Daher ist es möglich, eine optoelektronische integrierte Schaltungsanordnung mit einer planaren Struktur zu bilden, wobei die zur Bildung des HEMT-Elements eingesetzte Stapelstruktur und die zur Bildung des Elektronikelements eingesetzte Stapelstruktur verwendet werden.
Gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen bestehen die Elektroden aus demselben Elektrodenmaterial und sind im wesentlichen in derselben Ebene angeordnet. Mit anderen Worten ist es nicht notwendig, zwei verschiedene Elektrodenmaterialien zur Bildung der n-seitigen und p-seitigen Elektroden zu verwenden. Folglich können die Elektroden unter Verwendung einer einzigen Maske gebildet werden, wobei dasselbe Elektrodenmaterial eingesetzt wird, und es ist nicht erforderlich, zwei verschiedene Masken mit hoher Genauigkeit auszurichten. Daher wird der Produktionsprozeß der Anordnung vereinfacht und die hohe Leistung der Anordnung garantiert.

Claims

1. Halbleiteranordnung, mit

einem Substrat (1, 11, 101);

einer ersten Schicht (2, 12, 103), die auf dem Substrat gebildet ist und aus einem Halbleiter von einem ersten Leitfähigkeitstyp besteht; und

einer zweiten Schicht (3, 13, 104), die auf der ersten Schicht gebildet ist, aus einem i-Typ-Halbleiter besteht und als Fotoabsorptionsschicht dient;

wobei vorgesehen sind:

eine dritte Schicht (4, 14, 105), die auf der zweiten Schicht gebildet ist und aus einem Halbleiter vom ersten Leitfähigkeitstyp besteht;

eine Vielzahl von Zonen (5, 15, 106, 107), die in der dritten Schicht gebildet sind und aus einem Halbleiter von einem zweiten Leitfähigkeitstyp bestehen, der zum ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt ist, wodurch eine Vielzahl von pin-Dioden gebildet wird, wobei jede der genannten Zonen zumindest die zweite Schicht erreicht; und

zumindest erste und zweite Elektroden (6-8, 16-19, 108, 109), die jeweils auf den Zonen gebildet sind und aus demselben Elektrodenmaterial bestehen;

welche erste Elektrode (6, 7B, 7C, 8B, 8C, 16, 17, 18B, 18C, 19B, 19C, 109) eine positive Spannung empfängt, um eine erste pin-Diode (PD2A, PD2B, A) der genannten Vielzahl von pin-Dioden in der Durchlaßrichtung vorzuspannen;

welche zweite Elektrode (6, 7A, 8A, 16, 17, 18A, 19A, 10B) eine negative Spannung empfängt, um eine zweite pin- Diode (PD1, B) der genannten Vielzahl von pin-Dioden in der Sperrichtung vorzuspannen, so daß die zweite pin-Diode als pin-Fotodiode arbeitet.

2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter vom ersten Leitfähigkeitstyp ein n-Typ-Halbleiter ist, und der Halbleiter vom zweiten Leitfähigkeitstyp ein p-Typ-Halbleiter ist.

3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrode (6, 7B, 7C, 8B, 8C, 16, 17, 18B, 18C, 19B, 19C) mit der Zone (5, 5B, 15B, 15) verbunden ist, die eine erste Kontaktfläche mit der dritten Schicht (3, 13) aufweist, und die zweite Elektrode (6, 7A, 8A, 16, 17, 18A, 19A) mit der Zone (5, 5A, 15A, 15) verbunden ist, die eine zweite Kontaktfläche mit der dritten Schicht aufweist, wobei die genannte zweite Fläche kleiner ist als die erste Fläche.

4. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Substrat (1, 11) aus einem Material hergestellt ist, das aus einer Gruppe bestehend aus einem semiisolierenden Halbleiter und einem Halbleiter vom ersten Leitfähigkeitstyp ausgewählt ist.

5. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte erste Schicht (2, 12) aus einem Material hergestellt ist, das aus einer Gruppe bestehend aus InP und AlGaAs ausgewählt ist.

6. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte zweite Schicht (3, 13) aus einem Material hergestellt ist, das aus einer Gruppe bestehend aus InGaAs und GaAs ausgewählt ist.

7. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte dritte Schicht (4, 14) aus einem Material hergestellt ist, das aus einer Gruppe bestehend aus InP und AlGaAs ausgewählt ist.

8. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten pin- Dioden (PD2A, PD2B, A; PD1, B) einander benachbart angeordnet sind.

9. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ferner eine Isolatorschicht (9, 21) vorgesehen ist, die auf der dritten Schicht (4, 14) gebildet ist, welche Isolatorschicht Fenster aufweist, durch die die Elektroden (6-8, 16-19) mit den Zonen (5, 15) verbunden sind.

10. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Substrat (11) einen Linsenteil (11A) enthält, der an einer Position gebildet ist, die einer Position der zweiten Elektrode (7A, 8A, 17, 18A, 19A) entspricht, um ein ankommendes Licht an einem pin- Übergang der genannten zweiten pin-Diode (PD1, B) zu konvergieren.

11. Halbleiteranordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ferner eine nichtreflektierende Überzugsschicht (20) vorgesehen ist, die auf einer Oberfläche des Substrats (11) an einer der ersten Schicht (12) gegenüberliegenden Seite gebildet ist, um eine Reflexion an der Oberfläche des Substrats zu verhindern.

12. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (6-8, 16-19) im wesentlichen in derselben Ebene gebildet sind.

13. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (6-8, 16-19) an vorherbestimmten Positionen angeordnet sind, um die Halbleiteranordnung beim Flip-Chip-Bonden der Halbleiteranordnung stabil zu stützen.

14. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine dritte Elektrode (6, 16) von den Elektroden eine negative Spannung empfängt, um eine dritte pin-Diode (C) von den pin-Dioden in der Sperrichtung vorzuspannen, die ersten und zweiten Elektroden (6, 16) mit den Zonen (5, 15) verbunden sind, die erste und dritte Kontaktflächen mit der dritten Schicht (4, 14) aufweisen, und die zweite Elektrode (6, 16) mit der Zone (5, 15) verbunden ist, die eine zweite Fläche aufweist, welche zweite Fläche kleiner ist als die ersten und dritten Flächen, und welche dritte pin-Diode als Bypass-Kondensator zum Schutz des pin-Übergangs der genannten zweiten pin-Diode (B) arbeitet.

15. Halbleiteranordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone (5, 15), die mit der ersten Elektrode (6, 16) verbunden ist, die erste Schicht (2, 12) erreicht.

16. Halbleiteranordnung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stehspannung eines pin-Übergangs der dritten pin-Diode (C) in einer Sperrichtung niedriger ist als eine Stehspannung des pin-Übergangs der zweiten pin- Diode (B) in der Sperrichtung.

17. Halbleiteranordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Zone (5, 15), welche mit der dritten Elektrode (6, 16) verbunden ist, in die zweite Schicht (3, 13) bis zu einer Tiefe verläuft, die tiefer ist als die Zone (5, 15), welche mit der zweiten Elektrode (6, 16) verbunden ist, so daß eine Stehspannung eines pin-Übergangs der dritten pin-Diode (C) in einer Sperrichtung niedriger ist als eine Stehspannung des pin-Übergangs der zweiten pin-Diode (B) in der Sperrichtung.

18. Halbleiteranordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ferner eine Vertiefung (148) vorgesehen ist, die in der dritten Schicht (14) gebildet ist, wobei die Zone (15), die mit der dritten Elektrode (16) verbunden ist, von der Vertiefung in die zweite Schicht (13) verläuft, so daß eine Stehspannung eines pin-Übergangs der dritten pin-Diode (C) in einer Sperrichtung niedriger ist als eine Stehspannung des pin-Übergangs der zweiten pin-Diode (B) in der Sperrichtung, welche dritte Elektrode mit der Zone innerhalb der Vertiefung verbunden ist.

19. Halbleiteranordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß ferner eine Vertiefung (14A) vorgesehen ist, die in der dritten Schicht (14) gebildet ist, wobei die Zone (15), die mit der ersten Elektrode (16) verbunden ist, von der Vertiefung in die zweite Schicht (13) verläuft, welche erste Elektrode mit der Zone innerhalb der Vertiefung verbunden ist.

20. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter vom ersten Leitfähigkeitstyp ein n-Typ-Halbleiter ist, und der Halbleiter vom zweiten Leitfähigkeitstyp ein p-Typ-Halbleiter ist.

21. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, mit

einem Substrat (101);

der ersten Schicht (103), die eine erste Bandlücke aufweist;

der zweiten Schicht (104), welche aus einem Material mit einer zweiten Bandlücke besteht, die schmäler ist als die erste Bandlücke;

der dritten Schicht (105), die aus einem Halbleiter vom ersten Leitfähigkeitstyp mit einer geringeren Verunreinigungskonzentration als jener der zweiten Schicht (104) besteht; und

den zumindest ersten und zweiten Elektroden (108, 109), die jeweils auf den Zonen gebildet sind und aus demselben Elektrodenmaterial bestehen;

welche erste Elektrode (109) mit einer ersten Zone (107) von den Zonen verbunden ist und die positive Spannung empfängt, um die erste pin-Diode der Vielzahl von pin-Dioden in der Durchlaßrichtung vorzuspannen, wobei die genannte erste Zone eine erste Kontaktfläche mit der dritten Schicht aufweist;

welche zweite Elektrode (108) mit einer zweiten Zone (106) von den Zonen verbunden ist und die negative Spannung empfängt, um die zweite pin-Diode der Vielzahl von pin- Dioden in der Sperrichtung vorzuspannen, wobei die genannte zweite Zone eine zweite Kontaktfläche mit der genannten dritten Schicht aufweist, welche zweite Fläche größer ist als die erste Fläche.

22. Halbleiteranordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte zweite Schicht (104) eine vorherbestimmte Dicke und eine Verunreinigungskonzentration aufweist, die es ermöglicht, daß eine Verarmungsschicht über einen großen Teil der Dicke verläuft, eine zweidimensionale Trägergasschicht (110) in der zweiten Schicht in der Nähe einer Grenzfläche zwischen den ersten und zweiten Schichten (103, 104) unter der zweiten Zone (106) vorliegt, und in der zweiten Schicht näher bei der dritten Schicht (105) unter der ersten Zone (107) vorliegt.

23. Halbleiteranordnung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter vom ersten Leitfähigkeitstyp ein n-Typ-Halbleiter ist, und der Halbleiter vom zweiten Leitfähigkeitstyp ein p-Typ-Halbleiter ist.

24. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß eine vierte Schicht (102) zwischen dem Substrat und der ersten Schicht aus InP besteht.

25. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 21 bis 24, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte erste Schicht (103) aus einem Material hergestellt ist, das aus der Gruppe bestehend aus InAlAs und InP ausgewählt ist.

26. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte zweite Schicht (104) aus InGaAs besteht.

27. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte dritte Schicht (105) aus InP besteht.

28. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 21 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten pin- Dioden einander benachbart angeordnet sind.

29. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 21 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (108, 109) im wesentlichen in derselben Ebene gebildet sind.

30. Halbleiteranordnung, mit

einem Substrat (101);

einer ersten Schicht (103) mit einer ersten Bandlücke;

einer zweiten Schicht (104), welche auf der ersten Schicht (103) gebildet ist und aus einem Material mit einer zweiten Bandlücke besteht, die kleiner ist als die erste Bandlücke, welche zweite Schicht als Fotoabsorptionsschicht dient;

einer dritten Schicht (112), die auf der zweiten Schicht gebildet ist und aus einem Halbleiter von einem ersten Leitfähigkeitstyp mit einer höheren Verunreinigungskonzentration als jener der zweiten Schicht besteht; und

zumindest ersten und zweiten Schottky-Elektroden (114, 115), die jeweils auf der dritten Schicht in einer entsprechenden Vielzahl von Zonen gebildet sind und aus demselben Elektrodenmaterial bestehen, wodurch eine Vielzahl von Metall-Halbleiter-Metall-Dioden gebildet wird;

welche erste Elektrode (115) mit einer ersten Zone von den Zonen der dritten Schicht verbunden ist und eine positive Spannung empfängt, um eine erste Metall-Halbleiter-Metall-Diode von den Metall-Halbleiter-Metall-Dioden in der Durchlaßrichtung vorzuspannen, wobei die genannte erste Zone eine erste Kontaktfläche mit der dritten Schicht aufweist;

welche zweite Elektrode (114) mit einer zweiten Zone von den Zonen der dritten Schicht verbunden ist und eine negative Spannung empfängt, um eine zweite Metall-Halbleiter-Metall-Diode von den Metall-Halbleiter-Metall-Dioden in der Sperrichtung vorzuspannen, wobei die genannte zweite Zone eine zweite Kontaktfläche mit der genannten dritten Schicht aufweist, welche zweite Fläche größer ist als die erste Fläche.

31. Halbleiteranordnung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte zweite Schicht (104) eine vorherbestimmte Dicke und eine Verunreinigungskonzentration aufweist, die es ermöglicht, daß eine Verarmungsschicht über einen großen Teil der Dicke verläuft, eine zweidimensionale Trägergasschicht (110) in der zweiten Schicht in der Nähe einer Grenzfläche zwischen den ersten und zweiten Schichten (103, 104) unter der zweiten Zone vorliegt, und in der zweiten Schicht näher bei der dritten Schicht (112) unter der ersten Zone vorliegt.

32. Halbleiteranordnung nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter vom ersten Leitfähigkeitstyp ein n-Typ-Halbleiter ist.

33. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 30 bis 32, dadurch gekennzeichnet, daß eine vierte Schicht (102) zwischen dem Substrat und der ersten Schicht aus InP besteht.

34. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 30 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte erste Schicht (103) aus einem Material hergestellt ist, das aus einer Gruppe bestehend aus InAlAs und InP ausgewählt ist.

35. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 30 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte zweite Schicht (104) aus InGaAs besteht.

36. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 30 bis 35, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte dritte Schicht (112) aus InAlAs besteht.

37. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 30 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten pin- Dioden einander benachbart angeordnet sind.

38. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 30 bis 37, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (114, 115) im wesentlichen in derselben Ebene gebildet sind.

39. Halbleiteranordnung nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch

ein semiisolierendes Substrat (101); und

eine erste Stapelstruktur (133), die auf dem Substrat gebildet ist und Schichten zur Bildung eines Elektronikelements enthält;

eine zweite Stapelstruktur (134), die auf der ersten Stapelstruktur (133) gebildet ist und Schichten zur Bildung eines Optoelektronikelements enthält;

und dadurch, daß die genannte zweite Stapelstruktur enthält:

die erste Schicht (103), die auf der ersten Stapelstruktur gebildet ist,

die zweite Schicht (104), welche auf der ersten Schicht gebildet ist und aus einem Material mit einer zweiten Bandlücke besteht, die kleiner ist als die erste Bandlücke,

die dritte Schicht (105), die auf der zweiten Schicht gebildet ist und aus einem Halbleiter vom ersten Leitfähigkeitstyp mit einer höheren Verunreinigungskonzentration als jener der zweiten Schicht besteht;

und die zumindest ersten und zweiten Elektroden (108, 109), die jeweils auf den Zonen gebildet sind und aus demselben Elektrodenmaterial bestehen;

welche erste Elektrode (109) mit einer ersten Zone (107) von den Zonen verbunden ist und die positive Spannung empfängt, um die erste pin-Diode von den pin-Dioden in der Durchlaßrichtung vorzuspannen, wobei die genannte erste Zone eine erste Kontaktfläche mit der dritten Schicht aufweist;

welche zweite Elektrode (108) mit einer zweiten Zone (106) von den Zonen verbunden ist und die negative Spannung empfängt, um die zweite pin-Diode von den pin-Dioden in der Sperrichtung vorzuspannen, wobei die genannte zweite Zone eine zweite Kontaktfläche mit der genannten dritten Schicht aufweist, welche zweite Fläche größer ist als die erste Fläche.

40. Halbleiteranordnung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil (103) der zweiten Stapelstruktur (134) gemeinsam als Teil der ersten Stapelstruktur (133) verwendet wird.

41. Halbleiteranordnung nach Anspruch 30, gekennzeichnet durch

ein semiisolierendes Substrat (101); und

eine erste Stapelstruktur (133), die auf dem semiisolierenden Substrat gebildet ist und Schichten zur Bildung eines Elektronikelements enthält;

und dadurch, daß die genannte zweite Stapelstruktur enthält:

die erste Schicht (103), die auf der ersten Stapelstruktur gebildet ist und aus einem Halbleiter von einem ersten Leitfähigkeitstyp mit einer ersten Bandlücke besteht,

die zweite Schicht (104), welche auf der ersten Schicht gebildet ist und aus einem Material mit der zweiten Bandlücke besteht, die kleiner ist als die erste Bandlücke,

die dritte Schicht (112), die auf der zweiten Schicht gebildet ist und aus einem Halbleiter vom ersten Leitfähigkeitstyp mit einer größeren Verunreinigungskonzentration als jener der zweiten Schicht besteht;

und zumindest erste und zweite Schottky-Elektroden (114, 115), die jeweils auf der dritten Schicht in einer entsprechenden Vielzahl von Zonen gebildet sind und aus demselben Elektrodenmaterial bestehen, wodurch die Vielzahl von Metall-Halbleiter-Metall-Dioden gebildet wird;

welche erste Elektrode (115) mit einer ersten Zone von den Zonen der dritten Schicht verbunden ist und die positive Spannung empfängt, um die erste Metall-Halbleiter-Metall- Diode von den Metall-Halbleiter-Metall-Dioden in der Durchlaßrichtung vorzuspannen, wobei die genannte erste Zone eine erste Kontaktfläche mit der dritten Schicht aufweist;

welche zweite Elektrode (114) mit einer zweiten Zone von den Zonen der dritten Schicht verbunden ist und die negative Spannung empfängt, um die zweite Metall-Halbleiter- Metall-Diode von den Metall-Halbleiter-Metall-Dioden in der Sperrichtung vorzuspannen, wobei die genannte zweite Zone eine zweite Kontaktfläche mit der genannten dritten Schicht aufweist, welche zweite Fläche größer ist als die erste Fläche.

42. Halbleiteranordnung nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil (103) der zweiten Stapelstruktur (134) gemeinsam als Teil der ersten Stapelstruktur (133) verwendet wird.

43. Verfahren zur Herstellung einer Halbleiteranordnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte vorgesehen werden:

aufeinanderfolgendes Bilden erster, zweiter und dritter Schichten (2, 12; 3, 13; 4, 14) auf einem Substrat (1, 11), welche erste Schicht aus einem Halbleiter von einem ersten Leitfähigkeitstyp besteht, welche zweite Schicht aus einem i-Typ-Halbleiter besteht und als Fotoabsorptionsschicht dient, welche dritte Schicht aus einem Halbleiter vom ersten Leitfähigkeitstyp besteht;

Bilden einer Maskenschicht auf der dritten Schicht (4, 14);

Bilden einer Vielzahl von Öffnungen in der Maskenschicht durch Ätzen der Maskenschicht;

Implantieren von Verunreinigungen in die dritte Schicht durch die Öffnungen der Maskenschicht, um eine Vielzahl von Zonen (5, 5A, 5B, 15, 15A, 15B) zu bilden, die aus einem Halbleiter von einem zweiten Leitfähigkeitstyp bestehen, der zum ersten Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt ist, wodurch eine Vielzahl von pin-Dioden gebildet wird, wobei jede der genannten Zonen zumindest die zweite Schicht erreicht;

Entfernen der Maskenschicht;

Bilden einer Vielzahl von Elektroden (6-8, 16-19) jeweus auf den Zonen, wobei die genannten Elektroden aus demselben Elektrodenmaterial bestehen; und

Auswählen einer ersten Elektrode der Vielzahl von Elektroden zum Empfangen einer ersten Vorspannung, die eine Vorspannung der entsprechenden pin-Diode in Sperrichtung erzeugt und bewirkt, daß dieselbe als pin-Fotodiode arbeitet, und Auswählen einer zweiten Elektrode der Vielzahl von Elektroden zum Empfangen einer zweiten Vorspannung, die eine Vorspannung der entsprechenden pin-Diode in Durchlaßrichtung erzeugt.

44. Verfahren nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter vom ersten Leitfähigkeitstyp ein n-Typ-Halbleiter ist, und der Halbleiter vom zweiten Leitfähigkeitstyp ein p-Typ-Halbleiter ist.

45. Verfahren nach Anspruch 43 oder 44, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Schritt des Bildens der Vielzahl von Öffnungen in der Maskenschicht zumindest eine erste Öffnung mit einer ersten Größe und eine zweite Öffnung mit einer zweiten Größe bildet, welche zweite Größe kleiner ist als die erste Größe.

46. Verfahren nach einem der Ansprüche 43 bis 45, dadurch gekennzeichnet, daß das genannte Substrat (1, 11) aus einem Material hergestellt wird, das aus einer Gruppe bestehend aus einem semiisolierenden Halbleiter und einem Halbleiter vom ersten Leitfähigkeitstyp ausgewählt wird.

47. Verfahren nach einem der Ansprüche 43 bis 46, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte erste Schicht (2, 12) aus einem Material hergestellt wird, das aus einer Gruppe bestehend aus InP und AlGaAs ausgewählt wird.

48. Verfahren nach einem der Ansprüche 43 bis 47, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte zweite Schicht (3, 13) aus einem Material hergestellt wird, das aus einer Gruppe bestehend aus InGaAs und GaAs ausgewählt wird.

49. Verfahren nach einem der Ansprüche 43 bis 48, dadurch gekennzeichnet, daß die genannte dritte Schicht (4, 14) aus einem Material hergestellt wird, das aus einer Gruppe bestehend aus InP und AlGaAs ausgewählt wird.

50. Verfahren nach einem der Ansprüche 43 bis 49, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Schritt des Bildens der Vielzahl von Elektroden die Elektroden (6-8, 16-19) im wesentlichen in derselben Ebene bildet.

51. Verfahren nach einem der Ansprüche 43 bis 50, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Schritt des Implantierens der Verunreinigungen zumindest eine Zone (5") bildet, welche die erste Schicht (2, 12) erreicht.

52. Verfahren nach einem der Ansprüche 43 bis 51, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Schritt des Implantierens der Verunreinigungen zumindest eine Zone (5") bildet, welche in die zweite Schicht (3, 13) bis zu einer Tiefe verläuft, die tiefer ist als die anderen Zonen (5, 15).

53. Verfahren nach einem der Ansprüche 43 bis 52, dadurch gekennzeichnet, daß ferner der Schritt der Bildung einer Vertiefung (14A) in der dritten Schicht (4, 14) vor der Bildung der Maskenschicht vorgesehen wird, und der genannte Schritt des Implantierens der Verunreinigungen zumindest eine Zone (25) bildet, welche von der Vertiefung die erste Schicht (2, 12) erreicht.

54. Verfahren nach Anspruch 53, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Schritt der Bildung der Vertiefung die Vertiefung (14A) bildet, welche die dritte Schicht (4, 14) durchdringt, um die zweite Schicht (3, 13) freizulegen.

55. Verfahren nach einem der Ansprüche 43 bis 54, dadurch gekennzeichnet, daß ferner ein Schritt des Bildens einer Vertiefung (14B) in der dritten Schicht (4, 14) vor der Bildung der Maskenschicht vorgesehen wird, und der genannte Schritt des Implantierens der Verunreinigungen zumindest eine Zone (35) bildet, welche von der Vertiefung in die zweite Schicht (3, 13) bis zu einer Tiefe verläuft, die tiefer ist als die anderen Zonen (5, 15).

56. Verfahren nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß der genannte Schritt des Bildens einer Vielzahl von Öffnungen zumindest erste und zweite Öffnungen in der Maskenschicht bildet, die den ausgewählten ersten bzw. zweiten Elektroden und den jeweiligen pin-Dioden entsprechen, und erste bzw. zweite Flächen aufweisen, wobei die erste Fläche kleiner ist als die zweite Fläche.

57. Verfahren nach Anspruch 43, dadurch gekennzeichnet, daß ferner die Schritte vorgesehen werden:

Auswählen einer dritten Elektrode von der Vielzahl von Elektroden zum Empfangen der ersten Vorspannung, welche die Vorspannung der entsprechenden pin-Diode in der Sperrichtung erzeugt; und

Bilden der Vielzahl von Öffnungen in der Maskenschicht, um erste, zweite und dritte Öffnungen einzuschließen, die den genannten ersten, zweiten bzw. dritten ausgewählten Elektroden und den jeweiligen pin-Dioden entsprechen, und erste, zweite bzw. dritte Flächen aufweisen, wobei die erste Fläche kleiner ist als jede der zweiten und dritten Flächen und der in der Sperrichtung vorgespannten pin-Diode, die jeweils der dritten ausgewählten Elektrode entspricht, wodurch sie als Bypass-Kondensator zum Schutz des pin-Übergangs der in der Sperrichtung vorgespannten pin-Diode dient, die jeweils der ersten ausgewählten Elektrode entspricht und als pin-Fotodiode betreibbar ist.