DE4004398A1 - Wavelength-selective photodetector - including cut-off filter layer, used esp. in laser measuring processes - Google Patents
Wavelength-selective photodetector - including cut-off filter layer, used esp. in laser measuring processesInfo
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Abstract
Description
Unter einem wellenlängenselektiven Photodetektor versteht man ein lichtempfindliches Element, welches ausschließlich oder überwiegend in einem bestimmten Wellenlängenbereich des Lich tes empfindlich ist. Dabei ist unter Licht nicht nur sichtbares Licht zu verstehen, sondern auch die benachbarten Bereiche im UV- bzw. im IR-Bereich. Für verschiedene Anwendungen kann es erforderlich sein, daß ein solcher Photodetektor nur in einem im Vergleich zum gesamten Spektrum kleinen Wellenlängenbereich empfindlich ist. Dies ist insbesondere dann nötig, wenn eine bestimmte Strahlung bzw. eine Strahlung bestimmter Wellenlänge detektiert werden soll und eine vorhandene Strahlung im gesam ten übrigen Spektralbereich die Messung stört oder verfälscht. Ein monochromatisches Licht, beispielsweise von Lasern erzeugt, ist für optische Meßverfahren besonders geeignet. Solche Meß verfahren können in automatisierten Prozessen eingesetzt wer den, beispielsweise zur Positionsbestimmung von exakt auszu richtenden oder anderweitig zu bewegenden Teilen. Da hierbei die normale Beleuchtung störend wirken kann, ist für diese Zwecke ein auf die Wellenlänge des Lasers abgestimmter schmal bandiger Photodetektor von besonderem Vorteil.A wavelength-selective photodetector is understood a photosensitive element which is exclusively or predominantly in a certain wavelength range of the Lich tes is sensitive. But there is not only something visible under light To understand light, but also the neighboring areas in the UV or IR range. It can be used for various applications be required that such a photodetector only in one compared to the entire spectrum small wavelength range is sensitive. This is particularly necessary if one certain radiation or a radiation of certain wavelength should be detected and an existing radiation in total th remaining spectral range disturbs or falsifies the measurement. A monochromatic light, for example generated by lasers, is particularly suitable for optical measuring methods. Such measurement processes can be used in automated processes the, for example to determine the position of exactly directing or otherwise moving parts. Because here normal lighting can be disruptive for them Purposes narrow to the wavelength of the laser banded photodetector of particular advantage.
Bekannte wellenlängenselektive Photodetektoren mit schmalem Empfindlichkeitsbereich benutzen ein dem Photodetektor vor geschaltetes Interferenzfilter, welches nur Licht des gewünsch ten Wellenlängenbereiches in die ansonsten normal empfindliche Photodiode eindringen läßt. Ein solcher Aufbau hat jedoch den Nachteil, daß entweder die Photodiode oder der Interferenzfil ter oder beide jeweils aufeinander abgestimmt werden müssen. Nachteilig ist weiterhin der hohe Preis solcher Interferenzfil ter und insbesondere bei großflächigen oder mehrfachen Anord nungen in sogenannten Arrays die aufwendige Montage dieser Photodetektoren.Known wavelength selective photodetectors with narrow Sensitivity ranges use one in front of the photodetector switched interference filter, which only light of the desired th wavelength range in the otherwise normally sensitive Photodiode can penetrate. However, such a structure has Disadvantage that either the photodiode or the interference film ter or both must be coordinated with each other. Another disadvantage is the high price of such interference films ter and especially with large or multiple arrangement in so-called arrays the complex assembly of these Photodetectors.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen wellen längenselektiven und schmalbandigen Photodetektor anzugeben, welcher bei zumindest gleichbleibenden Eigenschaften einfacher und kostengünstiger herzustellen ist.The object of the present invention is therefore to make a wave to specify length-selective and narrow-band photodetectors, which is easier with at least the same properties and is cheaper to manufacture.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen wellenlängen selektiven Photodetektor gelöst mitThis object is achieved by a wavelength selective photodetector solved with
- - einer einen Halbleiterübergang aufweisenden aktiven Schicht, welche für das zu detektierende Licht hinreichend transparent ist,an active layer having a semiconductor junction, which is sufficiently transparent for the light to be detected is
- - beidseitig auf der aktiven Schicht angeordneten Elektroden, von denen zumindest eine transparent ist, sowieelectrodes arranged on both sides of the active layer, at least one of which is transparent, as well
- - einem in Lichteinfallsrichtung vor der transparenten Elektrode angeordneten, eine ausgewählte Kantenwellenlänge λk aufweisenden Kantenfilter,an edge filter arranged in front of the transparent electrode in the direction of light incidence and having a selected edge wavelength λ k ,
wobei die aktive Schicht so ausgebildet ist, daß durch Mehr fachreflexion des einfallenden Lichtes innerhalb der aktiven Schicht eine Interferenz stattfindet, die im längerwelligen Bereich abklingender Empfindlichkeit der aktiven Schicht ein Interferenzmaximum bei λmax erzeugt, und wobei gilt: λk kleiner λmax.wherein the active layer is designed so that multiple reflection of the incident light within the active layer causes interference, which produces a maximum of interference at λ max in the longer-wave region of decaying sensitivity of the active layer, and where: λ k less than λ max .
Weiterhin liegt es im Rahmen der Erfindung, daß der Kantenfil ter in Form einer amorphen Halbleiterschicht ausgebildet ist, deren Material eine höhere Bandlücke aufweist, als das Halb leitermaterial der aktiven Schicht.Furthermore, it is within the scope of the invention that the edge fil ter is in the form of an amorphous semiconductor layer, whose material has a higher band gap than the half conductor material of the active layer.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.Further embodiments of the invention are the subclaims refer to.
Grundlage der vorliegenden Erfindung ist die überraschende Entdeckung, daß bei Photodioden bei bestimmten Wellenlängen Maxima im Sammelwirkungsgrad zu beobachten sind, wenn aufgrund von Mehrfachreflexion innerhalb der aktiven Schicht Interfe renzbedingungen erfüllt werden. Besonders ausgeprägt sind die se Interferenzmaxima im langwelligeren abklingenden Empfind lichkeitsbereich der Photodiode, insbesondere in dem Bereich, in dem ohne Mehrfachreflexion bzw. ohne Interferenz nur noch 10 bis 50 Prozent der maximalen Empfindlichkeit bzw. des maxi mal erreichbaren Photostroms beobachtet werden. Da die Lage dieser Interferenzmaxima vom zurückgelegten Lichtweg und somit von der Schichtdicke der aktiven Schicht abhängig ist, weist die aktive Schicht vorteilhaft eine solche Dicke auf, daß in besagtem Bereich ein Interferenzmaximum entstehen kann. Durch Kombination einer dergestalt ausgebildeten Photodiode mit einem Kantenfilter wird nun genau dieses Maximum zur selekti ven Detektion einer Strahlung im Wellenlängenbereich dieses Maximums ausgenutzt. Durch Ausblenden der unterhalb des Inter ferenzmaximums liegenden kürzerwelligen Anteile des einfallen den Lichts wird dieses bislang relative Maximum zum absoluten Maximum im Empfindlichkeitsspektrum. Die selektive Empfind lichkeit des erfindungsgemäßen Photodetektors ist hoch, da der Empfindlichkeitsbereich zur kurzwelligeren Seite durch den Kantenfilter und zur langwelligeren Seite durch das entspre chende Interferenzminiumum begrenzt ist. Weitere langwelligere Maximas treten zwar auf, besitzen aber eine relativ zum Haupt maximum vernachlässigbar niedrige Intensität. Dies ist auf die im langwelligen Bereich schnell abklingende natürliche Empfind lichkeit der eingesetzten Photodiode zurückzuführen.The basis of the present invention is the surprising one Discovery that in photodiodes at certain wavelengths Maximums in the collection efficiency can be observed if due to of multiple reflection within the active layer interfe limit conditions are met. They are particularly pronounced Interference maxima in the long-wave decaying sensation sensitivity range of the photodiode, in particular in the area in which without multiple reflection or without interference only 10 to 50 percent of the maximum sensitivity or the maxi times achievable photocurrent can be observed. Because the location this interference maxima from the light path covered and thus is dependent on the layer thickness of the active layer the active layer advantageously has a thickness such that in an interference maximum can arise in said area. By Combination of a photodiode designed in this way with an edge filter will now select exactly this maximum ven detection of radiation in the wavelength range of this Maximum exploited. By hiding the below the Inter Ferfermaximums lie shorter-wave portions of the incident In light, this relative maximum has so far become absolute Maximum in the sensitivity spectrum. The selective sensation Purity of the photodetector according to the invention is high because of Sensitivity range to the shorter wavelength side through the Edge filter and to the long-wave side by the corre sponding appropriate interference minimum is limited. More long-wave Maximas appear, but they have one relative to the head maximum negligible low intensity. This is due to the in the long-wave range, natural fading quickly disappears traceability of the photodiode used.
Vorteilhaft wird ein Kantenfilter verwendet, welches bei der Kantenwellenlänge λk eine steil ansteigende Transmission für längerwelliges Licht aufweist. Ebenfalls vorteilhaft liegt die Kantenwellenlänge λk im Bereich eines unterhalb des beobach teten Interferenzmaximums liegenden Interferenzminimums, also in einem Wellenlängenbereich relativ niedriger Empfindlichkeit der Photodiode.An edge filter is advantageously used, which has a steeply increasing transmission for longer-wave light at the edge wavelength λ k . The edge wavelength λ k is also advantageously in the range of an interference minimum lying below the observed interference maximum, that is to say in a wavelength range of relatively low sensitivity of the photodiode.
In einer einfachen Ausführungsform ist der Kantenfilter aus einer amorphen Halbleiterschicht ausgebildet. Amorphe Halblei ter weisen einen Bereich relativ hoher Absorption auf, die bei direkten Halbleitern im langwelligeren Bereich steil abfällt, bzw. dessen Transmission in diesem Bereich stark ansteigt. Bei entsprechender Wahl der Schichtdicke des Kantenfilters tritt bereits knapp unterhalb der Kantenwellenlänge λk keinerlei Transmission mehr auf.In a simple embodiment, the edge filter is formed from an amorphous semiconductor layer. Amorphous semiconductors have a region of relatively high absorption, which drops steeply in the case of direct semiconductors in the long-wave region, or whose transmission increases strongly in this region. With an appropriate choice of the layer thickness of the edge filter, just below the edge wavelength λ k no transmission occurs anymore.
Die Lage der Kantenwellenlänge λk und damit die Lage des Ab sorptionsbereiches des Kantenfilters ist von der Art des Halb leitermaterials bzw. vom Einbau von Fremdatomen abhängig. Mit einem Kohlenstoffeinbau in amorphes Silizium beträgt die Kan tenwellenlänge beispielsweise 500 nm, steigt mit abnehmendem Kohlenstoffgehalt und/oder zunehmender Germaniumdotierung an und kann bei reinem amorphen Germanium ca. 1000 nm erreichen. Dieser Wellenlängenbereich entspricht gleichzeitig dem Be reich, innerhalb dessen die Empfindlichkeit des erfindungsge mäßen Photodetektors eingestellt werden kann, da die Licht empfindlichkeit der Photodioden selbst je nach verwendetem Aufbau bzw. Material ebenfalls in diesem Bereich endet.The position of the edge wavelength λ k and thus the position of the absorption area from the edge filter depends on the type of semiconductor material or the incorporation of foreign atoms. With carbon incorporation in amorphous silicon, the edge wavelength is, for example, 500 nm, increases with decreasing carbon content and / or increasing germanium doping and can reach approx. 1000 nm with pure amorphous germanium. This wavelength range corresponds at the same time to the range within which the sensitivity of the photodetector according to the invention can be set, since the light sensitivity of the photodiodes themselves also ends in this range, depending on the structure or material used.
Gegenüber bekannten wellenlängenselektiven Photodetektoren mit Interferenzfiltern zeichnet sich der erfindungsgemäße Photode tektor durch seinen einfachen Aufbau aus, läßt sich außerdem einfach und kostengünstig herstellen und im Bereich von ca. 500 nm bis 1000 nm auf einen beliebigen Empfindlichkeitsbereich einstellen. Gleichzeitig wird eine hohe Selektivität erzielt, wobei die Bandbreite des Empfindlichkeitsbereiches ca. 10 bis 20 nm beträgt, und an der Halbwertsbreite des Interferenzmaxi mums im Empfindlichkeitsspektrum (Sammelwirkungsgrad des Photo detektors aufgetragen gegen die Wellenlänge) bestimmt wird.Compared to known wavelength selective photodetectors The photode according to the invention is characterized by interference filters tector by its simple structure, can also be easy and inexpensive to manufacture and in the range of approx. 500 nm to 1000 nm to any sensitivity range to adjust. At the same time, a high selectivity is achieved the bandwidth of the sensitivity range approx. 10 to Is 20 nm, and at the half-width of the interference maximum mums in the sensitivity spectrum (overall efficiency of the photo detector plotted against the wavelength) is determined.
Grundsätzlich sind für den erfindungsgemäßen Photodetektor be liebige Photodioden geeignet. Aufgrund ihres höheren Absorp tionsvermögens sind jedoch solche aus amorphem Halbleitermate rial bevorzugt. Während beispielsweise für eine Photodiode aus amorphem Silizium eine Schichtdicke der aktiven Schicht von 0,5 bis 1 µm ausreichend ist, erfordert eine entsprechende kristalline Photodiode eine aktive Schicht von ca. 500 µm. Bei größeren Schichtdicken ist jedoch die Interferenzbedingung für eine Vielzahl von Frequenzen bzw. Wellenlängen erfüllt, so daß sich bei den für kristalline Photodioden erforderlichen Schichtdicken zu geringe Abstände zwischen den verschiedenen Interferenzmaxima ergeben. Neben dem geringen Abstand der In terferenzmaxima ist dann außerdem ein nur geringer Intensitäts unterschied der einzelnen Maxima zu erwarten, so daß mit einer kristallinen Photodiode dieser Dicke nur eine geringe Wellen längenselektivität des Photodetektors erreicht werden kann.Basically, be for the photodetector according to the invention suitable photodiodes. Because of its higher absorption but are made of amorphous semiconductor mate rial preferred. While out for example for a photodiode amorphous silicon has a layer thickness of the active layer of 0.5 to 1 µm is sufficient, requires a corresponding one crystalline photodiode an active layer of approx. 500 µm. At Thicker layers are the interference condition for a variety of frequencies or wavelengths met, so that with those required for crystalline photodiodes Layer thicknesses too small distances between the different Interference maxima result. In addition to the short distance between the In The interference maximum is then also only a low intensity difference between the individual maxima, so that with a crystalline photodiode of this thickness only a small wave length selectivity of the photodetector can be achieved.
Bevorzugte Photodioden für den erfindungsgemäßen Photodetektor bestehen aus amorphem Silizium (a-Si:H) und besitzen eine p-i- n-Struktur. Daneben sind jedoch noch andere Materialien mög lich, insbesondere Germanium, Germanium-Kohlenstoff oder auch Photodioden auf der Basis von Chalkopyrit-Halbleitern (I-III- VI2), zum Beispiel Kupfer-Indium-Diselenid, welche sich eben falls als Dünnschichtdioden darstellen lassen.Preferred photodiodes for the photodetector according to the invention consist of amorphous silicon (a-Si: H) and have a pin structure. In addition, however, other materials are possible, in particular germanium, germanium carbon or photodiodes based on chalcopyrite semiconductors (I-III-VI 2 ), for example copper indium diselenide, which can also be represented as thin-film diodes .
Die Photodiode, die Teil des erfindungsgemäßen Photodetektors ist, ist in an sich bekannter Weise aufgebaut. Insbesondere weist sie auf der Lichteinfallsseite eine transparente Elek trode auf, zum Beispiel aus dünnem leitenden Oxid (TCO), sowie als Rückelektrode eine aufgedampfte oder aufgesputterte Metall schicht. Üblicherweise besitzt eine solche Photodiode ein transparentes, zum Beispiel aus Glas bestehendes Substrat, auf dem die Diodenstruktur in Einzelschritten aufgebaut wird. Für die Erfindung ist es jedoch besonders wichtig, daß schon die erste Schicht, üblicherweise die transparente Elektrode, in besonders hoher Schichtgleichmäßigkeit und daher auch mit möglichst glatter Oberfläche erzeugt wird. Eine möglichst ebene Phasengrenze zwischen aktiver Schicht und Elektrode ist Voraussetzung für eine Totalreflexion, die erst die zur Erfin dung führende Interferenz erzeugen kann. Die Abscheidung der aktiven Schicht kann insbesondere in einer Glimmentladung mit hoher Gleichmäßigkeit erfolgen. Ebenso gleichmäßig kann die Metallrückelektrode erzeugt werden. Daher bestimmt üblicher weise die Rauhigkeit der transparenten Elektrode das Refle xionsverhalten an beiden Phasengrenzen der aktiven Schicht. Zwischen Substrat und leitfähiger Elektrode kann noch eine Antireflexschicht vorgesehen sein.The photodiode, which is part of the photodetector according to the invention is constructed in a manner known per se. In particular it has a transparent elec on the light incidence side trode, for example made of thin conductive oxide (TCO), as well a vapor-deposited or sputtered metal as the back electrode layer. Such a photodiode usually has one transparent substrate made of glass, for example which the diode structure is built up in single steps. For the invention, however, it is particularly important that the first layer, usually the transparent electrode, in particularly high layer uniformity and therefore also with surface as smooth as possible is generated. One if possible flat phase boundary between the active layer and the electrode A prerequisite for total reflection that is only for the inception leading interference. The separation of the active layer can be in particular in a glow discharge high uniformity. It can be equally smooth Metal back electrode are generated. Therefore, more commonly determined the roughness of the transparent electrode shows the reflect xions behavior at both phase boundaries of the active layer. There can be another between the substrate and the conductive electrode Antireflection layer may be provided.
Weiterhin weist eine für die Erfindung verwendbare Photodiode übliche und an sich bekannte Mittel und Vorrichtungen zum Ab leiten, Verstärken und Messen des Photostroms auf. Diese sind für die hier vorteilhaften Betriebsarten des Photodetektors, nämlich mit angelegter Sperrspannung oder ganz ohne Spannung, geeignet.Furthermore, a photodiode that can be used for the invention has Common and known means and devices for Ab conduct, amplify and measure the photocurrent. These are for the advantageous operating modes of the photodetector, namely with reverse voltage applied or without voltage at all, suitable.
In einer Ausführung der Erfindung kann nun auf einer solchen Photodiode ein Kantenfilter erzeugt werden, beispielsweise durch Abscheiden einer amorphen Halbleiterschicht auf der Rück seite des Substrats. Wie bereits erwähnt, wird diese Schicht in einer höheren Dicke als die der aktiven Schicht erzeugt, um unterhalb der Kantenwellenlänge eine 100 %ige Absorption zu erzielen. Vorteilhaft besteht der Kantenfilter aus dem glei chen Halbleitermaterial wie die aktive Schicht der Photodiode, so daß er in der gleichen Apparatur und im gleichen Verfahren erzeugt werden kann. Da jedoch der Absorptionsbereich des Kan tenfilters gegenüber dem der Photodiode zum kurzwelligen hin verschoben sein muß, werden dem Halbleitermaterial bei der Ab scheidung entsprechende Fremdstoffe zur Veränderung des Band abstandes der aktiven Schicht oder des Kantenfilters beige mischt.In one embodiment of the invention can now on such An edge filter can be generated, for example by depositing an amorphous semiconductor layer on the back side of the substrate. As mentioned earlier, this layer to a greater thickness than that of the active layer 100% absorption below the edge wavelength achieve. The edge filter advantageously consists of the same Chen semiconductor material such as the active layer of the photodiode, so that it is in the same apparatus and in the same process can be generated. However, since the absorption range of Kan tenfilter compared to that of the photodiode towards the short-wave must be shifted, the semiconductor material at the Ab appropriate foreign substances to change the tape distance of the active layer or the edge filter beige mixes.
Neben dem beschriebenen Aufbau beidseits eines Substrates kön nen jedoch auch Kantenfilter und Photodiode auf der gleichen Seite des Substrates übereinander aufgebaut werden. Ebenso kann der Photodetektor weitere Zwischen- oder andere Schichten enthalten, die für die Erfindung zwar nicht nötig sind, im Ein zelfall jedoch weitere Vorteile bringen können, beispielsweise Antireflexschichten auf beiden Substratoberflächen, Isolations schichten oder Abdeckschichten zum Schutz gegen Umgebungsein flüsse.In addition to the structure described on both sides of a substrate However, edge filters and photodiodes are also on the same Side of the substrate are built one on top of the other. As well can the photodetector further intermediate or other layers included, which are not necessary for the invention, in one However, other advantages may arise, for example Anti-reflective coatings on both substrate surfaces, insulation layers or cover layers to protect against the environment rivers.
Besonderer Vorteil der beschriebenen Ausführungsformen ist die Möglichkeit, den erfindungsgemäßen Photodetektor in beliebig großen Flächen zu erzeugen. Insbesondere ist es auch möglich, Anordnungen mehrerer Photodetektoren in integrierter Herstel lung in einem Schritt nebeneinander zu erzeugen. In speziel ler elektrischer Schaltung können solche Photodetektorarrays beispielsweise in automatisierten Fertigungs- oder Bearbei tungsverfahren zur exakten Positionsbestimmung mit Laser ver wendet werden. A particular advantage of the described embodiments is that Possibility to use the photodetector according to the invention in any way to generate large areas. In particular, it is also possible Arrangements of several photodetectors in an integrated manufacturer generation in a single step. In particular Such an electrical circuit can use such photodetector arrays for example in automated manufacturing or processing processing method for exact position determination with laser ver be applied.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Pho todiode auf einem geeigneten anderen kommerziellen Kantenfil ter aufgebaut werden, oder eine beliebige, jedoch den genann ten Anforderungen entsprechende Photodiode mit einem auch anders darstellbaren oder auch im grundsätzlichen Aufbau ver schiedenen Kantenfilter kombiniert werden.In a further embodiment of the invention, the Pho todiode on a suitable other commercial edgeband ter be built, or any, but the called photodiode with a requirement differently representable or in the basic structure ver different edge filters can be combined.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei spiels und der dazugehörigen vier Figuren näher erläutert. Dabei zeigtIn the following, the invention is illustrated by means of an embodiment game and the associated four figures explained in more detail. It shows
Fig. 1 das Ansprechverhalten einer Photodiode ohne Kan tenfilter mit eingestellten Interferenzbedingungen, Fig. 1 shows the response of a photodiode without tenfilter Kan with adjusted interference conditions,
Fig. 2 das Transmissionsverhalten eines Kantenfilters, Fig. 2 shows the transmission behavior of an edge filter,
Fig. 3 das Ansprechverhalten eines erfindungsgemäßen Photo detektors und Fig. 3 shows the response behavior of a photo detector according to the invention and
Fig. 4 einen möglichen Aufbau für einen erfindungsgemäßen Photodetektor. Fig. 4 shows a possible structure for a photodetector according to the invention.
Ausführungsbeispiel:Design example:
Fig. 4: Auf einem beidseitig mit Antireflexbeschichtung ver sehenen Glassubstrat 2 wird zunächst eine glatte, transparente leitfähige Elektrode 3 (TCO) aufgebracht. Diese besteht aus dotiertem Metalloxid, zum Beispiel fluordotiertem Zinnoxid oder Indium-Zinnoxid. Durch Glimmentladung einer ein Silan enthaltenden Atmosphäre wird nun eine aktive Schicht (4, 5, 6) aus hydrogenisiertem amorphen Silizium (a-Si:H) aufgebracht. Durch Beimischen von eine Leitfähigkeit erzeugenden Dotier stoffen zur Glimmentladungsatmosphäre erhält diese eine p-i-n- Struktur. Während p (4) und n-Schicht (6) jeweils eine Dicke von nur wenigen Nanometern erhalten, wird die i-Schicht in einer Stärke von ca. 500 bis 1000 nm abgeschieden. Fig. 4: On a ver on both sides with anti-reflection coating provided glass substrate 2 is first applied smooth, transparent conductive electrode 3 (TCO) a. This consists of doped metal oxide, for example fluorine-doped tin oxide or indium-tin oxide. An active layer ( 4 , 5 , 6 ) made of hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H) is then applied by glow discharge from an atmosphere containing a silane. By adding dopants that generate conductivity to the glow discharge atmosphere, the glow discharge atmosphere is given a pin structure. While p ( 4 ) and n-layer ( 6 ) each have a thickness of only a few nanometers, the i-layer is deposited in a thickness of approximately 500 to 1000 nm.
Zum Schluß wird noch eine Metallrückelektrode 7 aufgedampft oder aufgesputtert. Das verwendete Metall besitzt vorteilhaft einen hohen Reflexionsgrad und besteht daher insbesondere aus Edelmetall.Finally, a metal back electrode 7 is evaporated or sputtered on. The metal used advantageously has a high degree of reflection and therefore consists in particular of noble metal.
In der Fig. 1 ist die spektrale Empfindlichkeit der bis dahin aufgebauten Anordnung dargestellt. Der von der Lichtquelle un abhängige Sammelwirkungsgrad S ist gegen die Wellenlänge aufgetragen. Die Kurve weist im abfallenden Absorptionsbereich ein gut ausgebildetes relatives Maximum bei λmax auf. Beid seits davon sind weitere relative, jedoch nur schwach ausge prägte Maxima zu erkennen.In FIG. 1, the spectral sensitivity of the previously constructed arrangement. The collection efficiency S, which is independent of the light source, is plotted against the wavelength. The curve has a well-developed relative maximum at λ max in the falling absorption region. On the other hand, further relative, but only weakly pronounced maxima can be seen.
In der gleichen Glimmentladungsapparatur wird nun auf der Rück seite des Substrats 2 eine amorphe Siliziumschicht 1 von ca. 1 bis 2 µm Stärke abgeschieden. Dabei wird dem Silan in der Glimm entladungsatmosphäre eine flüchtige Kohlenstoffverbindung, bei spielsweise ein Kohlenwasserstoff beigemischt, um die Absorp tion dieser Schicht 1 in den kürzerwelligen Bereich zu ver schieben.In the same glow discharge apparatus, an amorphous silicon layer 1 of approximately 1 to 2 μm thickness is now deposited on the rear side of the substrate 2 . A volatile carbon compound, for example a hydrocarbon, is added to the silane in the glow discharge atmosphere in order to shift the absorption of this layer 1 into the shorter-wave range.
Fig. 2 zeigt das Absorptionsspektrum dieser Schicht 1, wobei die Transmission T gegen die Wellenlänge λ aufgetragen ist. Der Wendepunkt dieser steil ansteigenden Kurve definiert die Kantenwellenlänge λk. Gut zu erkennen ist, daß die Transmis sionskurve beidseits eines schmalen Bereiches um λk jeweils ein Plateau einnimmt und daher nahezu einem idealen Kanten filter entspricht. Ausgehend von hoher Absorption bzw. nie driger Transmission unterhalb λk geht die Kurve nach einem steilen Anstieg bei λk in eine hohe Transmission über. Die durch den Einbau von Fremdatomen beeinflußte Kantenwellenlänge liegt dabei idealerweise genau bei λmin, wo im Empfindlich keitsspektrum (Fig. 1) das unterhalb von λmax liegende Minimum beobachtet wird. FIG. 2 shows the absorption spectrum of this layer 1 , the transmission T being plotted against the wavelength λ. The inflection point of this steeply rising curve defines the edge wavelength λ k . It can be clearly seen that the transmission curve occupies a plateau on both sides of a narrow area around λ k and therefore almost corresponds to an ideal edge filter. Starting from high absorption or never lower transmission below λ k , the curve changes to high transmission after a steep increase at λ k . The edge wavelength influenced by the incorporation of foreign atoms is ideally exactly at λ min , where the minimum lying below λ max is observed in the sensitivity spectrum ( FIG. 1).
Fig. 3 zeigt das Empfindlichkeitsspektrum des gesamten erfin dungsgemäßen Photodetektors. Der Sammelwirkungsgrad S, welcher ein Maß für die Empfindlichkeit darstellt, steigt bei λmax steil an und fällt danach ebenso steil wieder ab. Zusammen mit der geringen Halbwertsbreite dieses Maximums von ca. 10 bis 20 nm verdeutlicht dies die große Selektivität des Photodetektors, der jenseits dieses Maximums nur geringe bzw. gar keine Empfindlichkeit aufweist. Fig. 3 shows the sensitivity spectrum of the entire inventive photodetector. The collection efficiency S, which is a measure of the sensitivity, rises steeply at λ max and then drops again just as steeply. Together with the narrow half-width of this maximum of approx. 10 to 20 nm, this illustrates the great selectivity of the photodetector, which has little or no sensitivity beyond this maximum.
Besonders vorteilhaft kann der erfindungsgemäße Photodetektor in optischen Meßverfahren eingesetzt werden, die mit kohären tem, insbesondere Laserlicht arbeiten. Durch die hohe Wellen längenselektivität des Photodetektors ist eine ein normales Strahlungsspektrum aufweisende Raumbeleuchtung oder Tageslicht ohne nennenswerten oder störenden Einfluß auf das Meßergebnis, da dessen Intensität im Empfindlichkeitsbereich gegen die des zur Messung verwendeten Lasers gering ist. Durch die genannten Maßnahmen beim Herstellungsverfahren des Photodetektors kann λmax auf die Emissionswellenlänge der meisten verwendeten La ser eingestellt werden, wobei die natürlichen Grenzen des Pho todetektors ungefähr bei 500 und 1000 nm zu sehen sind.The photodetector according to the invention can be used particularly advantageously in optical measuring methods which work with coherent systems, in particular laser light. The high wavelength selectivity of the photodetector means that room lighting or daylight with a normal radiation spectrum has no significant or disruptive influence on the measurement result, since its intensity in the sensitivity range is low compared to that of the laser used for the measurement. By the measures mentioned in the manufacturing process of the photodetector, λ max can be set to the emission wavelength of most lasers used, the natural limits of the photodetector being seen at around 500 and 1000 nm.
Claims (13)
- - einer einen Halbleiterübergang aufweisenden aktiven Schicht, welche für das zu detektierende Licht hinreichend transpa rent ist,
- - beidseitig auf der aktiven Schicht angeordneten Elektroden, von denen zumindest eine transparent ist, sowie
- - einem in Lichteinfallsrichtung vor der transparenten Elektrode angeordneten, eine ausgewählte Kantenwellenlänge λk aufweisenden Kantenfilter,
- an active layer having a semiconductor junction, which is sufficiently transparent for the light to be detected,
- electrodes arranged on both sides of the active layer, at least one of which is transparent, and
- an edge filter arranged in front of the transparent electrode in the direction of light incidence and having a selected edge wavelength λ k ,
λminλk<λmax,
wobei λmin das unterhalb von λmax liegende nächste relative Minimum des Empfindlichkeitsspektrums der aktiven Schicht dar stellt.3. Photodetector according to claim 1 or 2, characterized in that the following applies to the edge wavelength:
λ min λ k <λ max ,
where λ min represents the next relative minimum of the sensitivity spectrum of the active layer below λ max .
- a) Erzeugen einer glatten transparenten Elektrodenschicht (TCO) auf einem transparenten Substrat,
- b) Abscheiden einer amorphen, photoleitenden aktiven Schicht mittels Glimmentladung,
- c) Erzeugen einer Metallrückelektrode auf der aktiven Schicht durch Aufdampfen oder Sputtern,
- d) Abscheiden einer undotierten amorphen Halbleiterschicht auf der der TCO-Schicht gegenüberliegenden Oberfläche des Substrats und
- e) Erzeugen von an sich bekannten Mitteln zum Ableiten und Verstärken eines in der aktiven Schicht erzeugten Stromes.
- a) producing a smooth transparent electrode layer (TCO) on a transparent substrate,
- b) depositing an amorphous, photoconductive active layer by means of glow discharge,
- c) producing a metal back electrode on the active layer by vapor deposition or sputtering,
- d) depositing an undoped amorphous semiconductor layer on the surface of the substrate opposite the TCO layer and
- e) Generation of means known per se for deriving and amplifying a current generated in the active layer.
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