1 Überblick über die Sensorik

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348 6.6 Bipolare optische Halbleitersensoren 6.6.1 pn-Photodioden 349
Bild 6.6.1-10
Spezielle Ausführungen von Photodioden
a) Dioden mit Mehrfachreflexion (nach [6.4]): Um die Empfindlichkeit der Diode
im Wellenlängenbereich mit geringer Absorption zu vergrößern, wird der
Laufweg der Strahlung in der i-Zone durch Reflexion vergrößert.
b) Seitliche Einstrahlung (nach [6.4]): Erfolgt eine Lichteinstrahlung wie in a),
dann können in einem Wellenlängenbereich mit starker Absorption die Verluste
in der obersten (in der Abbildung a) die n + -Schicht) groß werden. Dieser Effekt
läßt sich durch seitliche Einstrahlung vermeiden.
c) Alternativ zu b) läßt sich die Oberflächenabsorption dadurch reduzieren, daß
man die Diode aus einem Halbleiter-Heteroübergang (Band 2, Abschnitt 5.2.3)
herstellt. Dabei ist der Bandabstand der obersten Schicht größer als der in der darunterliegenden
(c 1 ), wo die gewünschte Strahlungsabsorption stattfindet. Die
Lichteinspeisung erfolgt bei Ausführung (c 2 ) über eine Glasfaser (nach [6.4]).
d) Zweifarben-Sandwich-Detektoren (nach [3.3]): In einer Halbleiter-Heterostruktur
werden zwei hintereinanderliegende Dioden hergestellt, wobei der Bandabstand
in den absorbierenden Zonen unterschiedlich ist. Das einfallende Licht
wird zunächst auf die Diode mit dem größeren Bandabstand geleitet: Dort wird
der kurzwellige Anteil des Lichts stärker absorbiert, während der längerwellige
Anteil die erste Diode nur wenig geschwächt durchläuft und durch die zweite hintereinandergeschaltete
Diode mit dem kleineren Bandabstand absorbiert wird.
e) Schottky-Photodioden (nach [3.3,6.2]): Sehr dünne Metallschichten können
optisch weitgehend transparent sein, so daß auch die Herstellung von Schottky-
Photodioden möglich wird. Bei diesen Bauelementen trägt auch eine Absorption
unmittelbar an der Oberfläche zum Photostrom bei. Naturgemäß (Band 2, Abschnitt
9.2) haben Schottky-Photodioden eine besonders hohe Ansprechgeschwindigkeit
(z.B. größer als 25 GHz).
Bei Siliziumdioden lassen sich mit einer Silizidmetallisierung besonders niedrige
Schottkybarrieren erzeugen, so daß auch infrarotempfindliche Schottkydioden hergestellt
werden können.
Eine weitere Möglichkeit, die Empfindlichkeit von Photodioden zu steigern, entsteht
durch die Anwendung des Lawinendurchbruchs (Band 2, Abschnitt 4.3.4): Oberhalb der
elektrischen Durchbruchfeldstärke erzeugen die Ladungsträger durch Stoßionisa
tion neue Elektron-Lochpaare und können damit den Strom beträchtlich verstärken