Photodetektoren werden zur Umsetzung von Lichtsignalen in elektrische Signale benutzt und z. B. in der opti- schen Nachrichtenübertragung eingesetzt.

Ein aus dem Stand der Technik bekannter Photodetektor besteht aus zwei Metallkontakten auf der Oberfläche ei- nes Halbleiters. Bei diesem sogenanntem MSM-Photode- tektor (MSM : Metal-Semiconductor-Metal) können die Elektroden z. B. als Schottky-Kontakte ausgelegt wer- den. Dann funktioniert das Bauelement als Photodiode mit zwei antiseriell geschalteten Schottkydioden. Wer- den die Elektroden hingegen als ohmsche Kontakte ausge- legt, dann erhält man einen Photowiderstand.

MSM-Photodetektoren werden gemäß Stand der Technik auf allen gängigen Halbleitermaterialien hergestellt, z. B. auf Si, GaAs, InP, GaN, sowohl mit Schottky-Kontakten als auch als Photowiderstände.

Zur Herstellung von ultraschnellen Photowiderständen eignen sich insbesondere Materialien mit einer hohen Dichte an Rekombinationszentren, welche die Lebensdauer der photogenerierten Ladungsträger stark herabsetzen.

Ein Beispiel ist das sogenannte low temperature grown

GaAs (LT-GaAs), welches bei für Epitaxiebedingungen niedrige Temperaturen von z. B. 200 °C hergestellt wird.

In Frage kommen auch Halbleiter, bei denen durch Im- plantation mit geeigneten Ionen tiefe Störstellen er- zeugt werden. Die Ionenimplantation wird auch benutzt zur Isolierung elektrischer Bauelemente durch eine starke Verminderung der Leitfähigkeit in den Bereichen zwischen den Bauelementen.

In beiden Ausführungen, das heißt sowohl bei der Aus- führung der Elektroden als Schottky-Kontakte, als auch bei deren Ausführung als ohmsche Kontakte, wird beim Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen den Elekt- roden ein elektrisches Feld im Halbleiter erzeugt. Die- ses Feld bewegt photogenerierte Ladungsträger und er- zeugt so einen Photostrom. Das elektrische Feld ist in- homogen, das heißt es wird mit zunehmender Tiefe im Halbleiter schwächer, wie in Fig. 1 zum Stand der Tech- nik dargestellt. Weil die Geschwindigkeit der photoge- nerierten Ladungsträger von der elektrischen Feldstärke abhängt, erhöhen die in der Tiefe photogenerierten La- dungsträger nachteilig die Antwortzeit des Detektors.

Weiterhin nachteilig führen die, durch die inhomogene Feldverteilung erzeugten, Feldspitzen zu einer vermin- derten Spannungsfestigkeit des Detektors.

Bei der Ausführung des MSM-Photodetektors als Photowi- derstand, steht die Forderung nach einem hohen elektri- schen Widerstand des Halbleiters zur Erzielung eines möglichst niedrigen Dunkelstromes im Widerspruch zum

Wunsch nach einem niedrigen Kontaktwiderstand der Elektroden, welcher einen möglichst kleinen Widerstand des Halbleitermaterials voraussetzt.

Aufgabe der Erfindung ist es einen Photodetektor mit einem hohen elektrischen Widerstand des Halbleiters zur Erzielung eines möglichst niedrigen Dunkelstromes be- reit zu stellen, der einen niedrigen Kontaktwiderstand der Elektroden mit möglichst kleinen Widerstand des Halbleitermaterials aufweist.

Die Aufgabe wird durch einen Photodetektor nach An- spruch 1 und ein Verfahren gemäß Nebenanspruch gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den dar- auf rückbezogenen Ansprüchen.

Gemäß Hauptanspruch umfasst der Photodetektor eine Ab- sorptionsschicht und mindestens zwei als ohmsche Kon- takte ausgeführte Elektroden auf und/oder in der Ab- sorptionsschicht. Der spezifische Widerstand der Ab- sorptionsschicht im Bereich zwischen den Elektroden ist im Verhältnis zum spezifischen Widerstand der Absorpti- onsschicht im unmittelbaren Bereich an den Elektroden größer eins.

Das Verhältnis beträgt vorteilhaft mindestens 10. Der spezifische Widerstand zwischen den Elektroden kann beispielsweise im Megaohm-oder Gigaohm-Bereich, der Widerstand im unmittelbaren Bereich der Elektroden im Ohm oder Kiloohm-Bereich liegen.

Zur Erniedrigung des Dunkelstromes des Photodetektors weist die Absorptionsschicht zwischen den Elektroden

somit einen vergleichsweise hohen Widerstand auf. Un- terhalb, im Falle von Elektroden, die in der Absorpti- onsschicht angeordnet sind, im unmittelbaren Bereich an den Elektroden, weist die Absorptionsschicht einen niedrigeren Widerstand auf.

Dadurch wird vorteilhaft bewirkt, dass der Kontaktwi- derstand erniedrigt ist.

Der spezifische Widerstand der Absorptionsschicht zwi- schen den Elektroden bzw. im unmittelbaren Bereich an den Elektroden ist dabei derartig eingestellt, dass zwischen den Elektroden jedenfalls ein homogenes elekt- risches Feld vorliegt.

Durch einen hohen Widerstand der Absorptionsschicht im Bereich zwischen den Kontakten entsteht dort ein homo- genes elektrisches Feld, das im wesentlichen parallel zur Oberfläche ausgerichtet ist, wenn eine elektrische Spannung zwischen den Kontakten anliegt. Dadurch wird die Reduzierung der Geschwindigkeit des Detektors durch die Generierung von Ladungsträgern in Niedrigfeldberei- chen unterdrückt, und es werden Feldspitzen vermieden, welche zum Durchbruch schon bei niedrigen angelegten Spannungen führen.

Es ist, wie erwähnt, auch denkbar die Elektroden in der Absorptionsschicht anzuordnen, sofern dann zur Oberflä- che der Absorptionsschicht hin bzw. zum Substrat hin ein niedrigerer Widerstand als im Bereich zwischen den Elektroden einstellbar ist.

Die zwei Elektroden sind zwecks besserer Kontaktierbar- keit aber in der Regel auf einer n-oder p-dotierten

Halbleiterschicht als Absorptionsschicht angeordnet.

Der Bereich zwischen den Kontakten ist mit so vielen Störstellen versehen, dass der ohmsche Widerstand stark erhöht ist und photogenerierte Ladungsträger schnell rekombinieren. Die Absorptionsschicht unterhalb des Kontaktes ist hingegen gut leitend.

Ein Bereich mit niedriger Feldstärke in der Absorpti- onszone wird vermieden, welche das Bauelement verlang- samen würde. Die Widerstandserhöhung durch Ionenimplan- tation bewirkt gleichzeitig eine Isolierung des Bauele- mentes gegenüber anderen Bauelementen auf demselben Substrat und macht somit vorteilhaft eine Mesa-Ätzung überflüssig.

Die Anordnung aus Absorptionsschicht und Elektroden ist vorteilhaft auf einem isolierenden oder semiisolieren- den Substrat als Tragschicht angeordnet.

Derartige Photodetektoren stellen somit Bauelemente auf Halbleiterbasis zur Umwandlung von Licht in elektri- schen Strom dar. Das Licht dringt im wesentlichen senk- recht zur Substratoberfläche von oben in das Bauelement ein.

Das Verfahren zur Herstellung des Photodetektors um- fasst die Schritte : - Herstellung einer leitenden Absorptionsschicht auf einem isolierenden oder semiisolierenden Halbleiter- material als Substrat, - Herstellung von mindestens zwei Elektroden als ohm- sche Kontakte auf und/oder in der leitenden Absorp-

tionsschicht, - Modifizierung der Absorptionsschicht zwischen den Elektroden, so dass zwischen den Elektroden ein ho- mogenes elektrisches Feld erzeugt werden kann, - Kontaktierung der Elektroden des Photodetektors.

Die Modifizierung der Absorptionsschicht kann mittels Implantation oder Eindiffusion mit geeigneten Ionen er- folgen.

Die Ionenimplantation wird dann mit einer Dosis und Energie ausgeführt die ausreicht, um den Widerstand der Absorptionsschicht im Bereich zwischen den Elektroden von dessen Oberfläche bis zum Substrat zu erhöhen. Das Material der Absorptionsschicht zwischen den Elektroden wird dabei so verändert, dass durch die Erzeugung von Rekombinationszentren die Geschwindigkeit des Photode- tektors insgesamt erhöht wird und die Lebensdauer der photogenerierten Ladungsträger verringert wird.

Die Ionenimplantation erfolgt mit geeigneten Elementen, wie z. B. Stickstoff oder Silizium, die den ohmschen Widerstand zwischen den Elektroden stark erhöhen, so dass photogenerierte Ladungsträger schneller rekombi- nieren.

Die Kontaktierung des Photodetektors erfolgt z. B. mit- tels Isolationsschichten, Kontaktpads und so weiter.

Ein derartiger Photodetektor besitzt die bekannten Vor- teile der MSM-Bauelemente. Es handelt sich um ein pla-

nares Bauelement, das heißt es werden keine Ätzungen benötigt, wodurch Arbeitsschritte gespart und nachfol- gende Fertigungsschritte, insbesondere die Lithographie vereinfacht werden.

Die Leitfähigkeit des Halbleitermaterials unterhalb der ohmschen Kontakte kann dabei ohne Rücksicht auf den Dunkelstrom des Photodetektors gewählt werden.

Das Verfahren mittels Ionenimplantation erfolgt selbst- justierend nur in den Bereichen außerhalb der ohmschen Kontakte, weil das Kontaktmaterial selbst als Implanta- tionsmaske wirkt. Dies erspart kostspielige lithogra- phische Prozessierungsschritte und erlaubt kleinere Ab- messungen zwischen den Elektroden, weil keine Justier- toleranzen eingeplant werden müssen.

Im weiteren wird die Erfindung an Hand eines Ausfüh- rungsbeispiels und der beigefügten Figuren näher be- schrieben.

Figur 1 zeigt einen Photodetektor gemäß Stand der Tech- nik.

Figur 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Photodetektor.

Figur 3 zeigt ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Her- stellung des Photodetektors.

In Figur 1 wird beim Anlegen einer elektrischen Span- nung zwischen den Elektroden 1 ein elektrisches Feld 3 im Halbleiter erzeugt. Dieses Feld 3 bewegt photogene- rierte Ladungsträger und erzeugt so einen Photostrom.

Das elektrische Feld ist aber nachteilig inhomogen, das heißt es wird mit zunehmender Tiefe im Halbleiter schwächer, wie in Figur 1 zum Stand der Technik darge- stellt. Weil die Geschwindigkeit der photogenerierten Ladungsträger von der elektrischen Feldstärke abhängt, erhöhen die in der Tiefe photogenerierten Ladungsträger nachteilig die Antwortzeit des Detektors. Weiterhin nachteilig führen die, durch die inhomogene Feldvertei- lung erzeugten, Feldspitzen zu einer verminderten Span- nungsfestigkeit des Detektors.

In Figur 2 ist ein erfindungsgemäßer MSM-Photowider- stand basierend auf GaAs, mit einer zu detektierenden Wellenlänge von kleiner 910 Nanometern dargestellt.

Das Substrat 24 besteht aus semiisolierendem GaAs. Die Absorptionsschicht 22 besteht aus GaAs und weist eine Dicke von beispielsweise 0, 1 bis 10 Mikrometer auf. In die Absorptionsschicht 22 dringen im vorliegenden Bei- spiel Photonen mit 850 Nanometern Wellenlänge in GaAs bis zu 1 Mikrometer tief ein. Die Dotierung der Absorp- tionsschicht erfolgte mit ND = 1016 bis 1019 CM-3 und mit Silizium als Dotierelement. Die Absorptionsschicht 22 ist somit vom n-Typ.

Die Elektroden 21 umfassen eine metallische Schichten- folge aus Ni/AuGe/Ni mit jeweiligen Dicken von 5,90 und 25 Nanometern. Bei Bedarf können die Elektroden durch eine zusätzliche Metallschicht (z. B. Gold) mit einer Dicke von 50 bis 500 Nanometern zur besseren Ab- schirmung bei der Ionenimplantation verstärkt werden.

Die Elektroden 21 weisen eine Länge von 100 Nanometern bis 20 Mikrometer und einen Abstand von 100 Nanometer bis 20 Mikrometer auf. Figur 2 zeigt in Bezug auf die Elektroden 21 ein 2-Finger Layout. Es kann aber genauso gut ein interdigitales Multifinger-Layout realisiert werden.

Gemäß der Figur 3a erfolgt zunächst die Herstellung ei- ner leitenden Absorptionsschicht 32 auf einem isolie- renden oder semiisolierenden Halbleitermaterial als Substrat 34, z. B. durch Epitaxie oder durch Ionen- implantation.

Sodann erfolgt die Herstellung von Elektroden 31 als ohmsche Kontakte auf der leitenden Schicht 32, z. B. durch Aufbringen von geeigneten Metallschichten und Einlegieren (Figur 3b).

Der Implantationsprozess, der in Figur 3c durch Pfeile angedeutet ist, verläuft selbstjustierend nur in den Bereichen zwischen den Kontakten 31. Gegebenenfalls können die ohmschen Kontakte 31 durch Aufbringen geeig- neter Materialien verstärkt werden.

Die Ionenimplantation erfolgt mit N, Ar, O, H, He, Si oder einem anderen geeigneten Element. Die Beschleuni- gungsspannung beträgt beispielsweise 10 kV bis 10 MV.

Die Dosis beträgt beispielsweise 1012 bis 1018 cm-2.

Zur Verbesserung der Tiefenhomogenität können mehrere Implantationen mit verschiedenen Dosen und Beschleuni- gungsspannungen vorgenommen werden.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung wird zuerst die hochohmige Absorptionsschicht durch Epitaxie oder durch Ionenimplantation auf einem geeigneten Substrat erzeugt. Anschließend werden die niederohmigen Bereiche unterhalb der noch herzustellenden ohmschen Kontakte mittels Ionenimplantation hergestellt.