光电射线检测器和用于制造多个检测器元件的方法

专利名称：光电射线检测器和用于制造多个检测器元件的方法
技术领域：
本发明涉及一种光电射线检测器以及用于制造多个检测器元件的方法。
背景技术：
例如公开文献W02005/096394A1公开了一种具有按照人眼的光谱灵敏度分布的 光谱灵敏度分布的光电射线检测器。

发明内容
本发明的任务是提供一种可简单制造的射线检测器，尤其是可简单制造以及同时 可多方面采用的射线检测器。该任务通过具有独立权利要求的主题解决。优选的实施方式和扩展是从属权利要 求的主题。根据至少一个实施方式，光电射线检测器具有多个用于产生信号的检测器元件。 在不同的检测器元件中产生的信号优选可相互分离地提取出。这些检测器元件可以被构造 为具有不同的光谱灵敏度分布。检测器元件的光谱灵敏度分布可以通过在该检测器元件中 产生的信号-例如光电流或从该光电流导出的参数-对落在该检测器元件上的射线的波长 的依赖性来确定。合适的是，这些检测器元件分别具有光谱灵敏度分布。优选地，不同的检测器元件 具有不同的光谱灵敏度分布。两个检测器元件尤其可以构成为检测各不相同的波长范围中 的射线。优选的，各检测器元件的光谱灵敏度分布具有上极限波长和/或下极限波长。上(下)极限波长在此是这样一种波长，从该波长开始各检测器元件对更大(更 小)的波长不再提供明显的信号，例如不能再与背景噪声区分开的信号。各检测器元件的 灵敏度范围优选通过下极限波长和上极限波长之间的间隔来确定。因此，这些检测器元件 可以具有不同的灵敏度范围。根据至少一个其它实施方式，检测器元件具有基本检测器元件。该基本检测器元 件的光谱灵敏度分布可以具有上极限波长和/或下极限波长。基本检测器元件优选具有 以下灵敏度范围，其大于射线检测器的至少一个检测器元件或多个检测器元件的灵敏度范围。根据至少一个其它实施方式，检测器元件具有包含至少一个滤波层的滤波层结 构。借助该滤波层结构可以确定该检测器元件的灵敏度分布的下极限波长。该下极限波长 在此可以对应于滤波层的带隙(BandlUcke)。滤波层结构可以包含半导体材料。优选的，其它检测器元件-也就是除了具有基本检测器元件的检测器元件之外的 附加检测器元件-具有滤波层结构。根据至少一个其它实施方式，检测器元件的光谱灵敏度分布、尤其是所述其它检 测器元件和/或所述基本检测器元件的灵敏度分布在最大波长时具有最大值，例如全局最大值。尤其是，射线检测器的各检测器元件的灵敏度分布可以在相应最大波长时具有最大 值。不同的检测器元件在各自不同的最大波长时具有相应的最大值。根据至少一个其它实施方式，所述其它检测器元件的灵敏度分布的上极限波长等 于基本检测器元件的光谱灵敏度分布的上极限波长。根据至少一个其它实施方式，所述其它检测器元件的滤波层结构被构成为，使得 该滤波层结构吸收波长小于基本检测器元件的光谱灵敏度分布的上极限波长的射线和/ 或波长大于基本检测器元件的光谱灵敏度分布的下极限波长的射线。借助该滤波层结构， 可以在基本检测器元件的灵敏度范围内构成其它检测器元件的灵敏通道。尤其是，可以借 助该滤波层结构从基本检测器元件的相对更宽带的灵敏度范围中构成其它检测器元件的 灵敏度范围。根据至少一个其它实施方式，所述其它检测器元件的光谱灵敏度分布形成基本检 测器元件的灵敏度分布内的灵敏度通道。根据至少一个其它实施方式，基本检测器元件的光谱灵敏度分布完全覆盖其它检 测器元件的光谱灵敏度分布。根据至少一个其它实施方式，基本检测器元件的灵敏度分布的最大波长小于其它 检测器元件的光谱灵敏度分布的最大波长。根据至少一个其它实施方式，所述滤波层结构被构成为，使得该滤波层结构吸收 波长小于其它检测器元件的灵敏度分布的最大波长的射线以及波长优选大于基本检测器 元件的灵敏度分布的下极限波长的射线。其它检测器元件的灵敏度范围_即灵敏度分布的 上极限波长和下极限波长之间的间隔_因此可以相对于基本检测器元件的灵敏度范围实 施得更窄。尤其是，其它检测器元件的灵敏度范围可以位于基本检测器元件的灵敏度范围 内。根据至少一个其它实施方式，检测器元件的灵敏度分布的最大波长，尤其是其它 检测器元件的灵敏度分布的最大波长小于基本检测器元件的灵敏度分布的上极限波长。根据至少一个其它实施方式，检测器元件的灵敏度分布的最大波长，尤其是其它 检测器元件的灵敏度分布的最大波长大于基本检测器元件的光谱灵敏度分布的下极限波长。根据至少一个其它实施方式，射线检测器的光谱灵敏度分布通过各个检测器元件 的光谱灵敏度分布形成。尤其是，射线检测器的光谱灵敏度分布可以通过基本检测器的光 谱灵敏度分布和一个或多个其它检测器元件_例如两个或更多其它检测器元件_的光谱灵 敏度分布形成。根据至少一个其它实施方式，检测器元件构成为基本检测器元件。该检测器元件 因此产生按照基本检测器元件的灵敏度分布的信号。该基本检测器元件可以具有优选宽的 灵敏度范围。根据至少一个其它实施方式，基本检测器元件的光谱灵敏度范围在可见光谱范 围、红外光谱范围和/或紫外光谱范围上延伸。射线检测器或基本检测器元件可以在可见 光谱范围、红外光谱范围和/或紫外光谱范围中是灵敏的。根据至少一个其它实施方式，其它检测器元件_也就是具有滤波层结构的检测器 元件也具有基本检测器元件。合适的是，除了基本检测器元件之外还设置滤波层结构。通过该滤波层结构，可以从基本检测器元件的灵敏度范围中通过在信号产生之前在滤波层结 构中吸收射线而从基本检测器元件的灵敏度范围中选择其它检测器元件的灵敏度范围。滤 波层结构优选设置在其它检测器元件的基本检测器元件前。根据至少一个其它实施方式，光电射线检测器具有多个分离的检测器元件。通过 设置分离的检测器元件，可以降低或避免不同检测器元件之间的串扰。根据至少一个其它实施方式，射线检测器构成为射线检测器芯片。芯片相对于单 个地制造分离的检测器元件来说可以简单制造。射线检测器可以构成为单片集成的。根据至少一个其它实施方式，检测器元件并排设置。这些检测器元件可以并排地 设置在共同的载体-例如检测器芯片的衬底上。这相对于费事实现的检测器元件上下叠加 的布置简化了射线检测器的制造。根据至少一个其它实施方式，这些检测器元件分别具有包含为产生信号而设置的 活性区域的半导体主体。上面设置了半导体主体的载体例如可以由生长衬底形成或制造， 在该生长衬底上外延地生长半导体主体的半导体层。在活性区域中吸收的射线可以通过在 活性区域中由于吸收而产生的电子_空穴对而有助于各检测器元件产生信号。根据至少一个其它实施方式，具有基本检测器元件的检测器元件以及尤其是具有 滤波层结构的其它检测器元件具有相同类型的活性区域。尤其是，射线检测器的多个检测 器元件可以具有相同类型的活性区域。相同类型的活性区域可以具有相同的材料、相同的 组成、相同的结构化构造和/或相同的厚度。基本检测器元件和其它检测器元件可以具有 相同类型的活性区域。根据至少一个其它实施方式，其它检测器元件的半导体主体除了活性区域之外还 具有滤波层结构。根据至少一个其它实施方式，各检测器元件的活性区域、滤波层结构和/或半导 体主体外延地生长。滤波层结构尤其可以集成在各检测器元件的半导体主体中，例如单片 地集成。基本检测器元件可以集成在半导体主体中，例如单片地集成。基本检测器元件可 以包括一个或多个检测器元件的活性区域。根据至少一个其它实施方式，检测器元件，优选各个检测器元件具有检测平面。检 测器元件的以下平面可被看做检测平面，即射线通过该平面到达该检测器元件内。检测平 面例如可以通过各半导体主体的(部分)表面形成。优选的，具有基本检测器元件的检测 器元件的检测平面通过基本检测器元件形成。具有滤波层结构的其它检测器元件的检测平 面合适地通过滤波层结构形成。滤波层结构尤其可以设置在其它检测器元件的活性区域和 检测平面之间。根据至少一个其它实施方式，其它检测器元件、即具有滤波层结构的检测器元件 的一部分根据基本检测器元件实施，并且该滤波层结构尤其是与检测器元件相比除了其它 检测器元件的根据基本检测器实施的这一部分之外还设置在其它检测器元件的检测平面 与其它检测器元件的活性区域之间。在特别有利的实施方式中，光电射线检测器具有多个用于产生信号的检测器元 件。这些检测器元件分别具有光谱灵敏度分布，一个检测器元件具有基本检测器元件。基 本检测器元件的光谱灵敏度分布具有下极限波长，其它检测器元件具有包括至少一个滤波 层的滤波层结构。其它检测器元件的灵敏度分布在最大波长时具有最大值，并且滤波层结构被构成为，使得该滤波层结构吸收波长小于其它检测器元件的灵敏度分布的最大波长的 射线以及波长大于基本检测器元件的灵敏度分布的下极限波长的射线。这种射线检测器可简单制造并且尤其是可多样性地使用。根据一种用于制造多个检测器元件的方法的至少一个实施方式，首先提供检测器 元件的半导体层结构，其中该半导体层结构具有包括至少一个滤波层的滤波层结构和活性 区域，该活性区域尤其是为产生信号而设置的。接着可以除去滤波层，并且尤其可以通过除去滤波层将检测器元件的检测平面露 出。在此，该检测平面是在除去滤波层之前被覆盖的。其它检测器元件的滤波层被部分地留在了半导体层结构中，从而该滤波层设置在 其它检测器元件的检测平面和活性区域之间。因此，仅按区域除去该滤波层。然后可以结束检测器元件的制造。该方法特别适合于制造其它上面描述的射线检测器，尤其是具有多个检测器元件 的射线检测器芯片，从而其它上面和下面涉及射线检测器的特征也可以用于方法，反之亦 然。因此，在该方法的范围中，使用唯一的半导体层结构来制造具有不同检测器元件 的射线检测器，这些检测器元件尤其具有不同的灵敏度分布。滤波层结构在此合适地被构 成为，该滤波层结构从可以通过活性区域确定的灵敏度分布中分割出针对其它检测器元件 的灵敏度范围。半导体层结构可以在除去滤波层之前或之后被划分为多个优选相互分离的半导 体主体。在此，该半导体层结构合适地被划分为，使得一个半导体主体具有和/或包括所述 检测器元件的检测平面，而其它半导体主体具有和/或包括所述其它检测器元件的检测平面。根据至少一个其它实施方式，半导体层结构在提供之前外延地生长在生长衬底 上。半导体层结构可以在提供时设置在生长衬底上。根据至少一个其它实施方式，滤波层借助蚀刻、尤其是湿化学蚀刻被除去。为了按 区域除去滤波层，优选使用合适的结构化掩模，例如光致抗蚀掩模(Photolackmaske)。根据至少一个其它实施方式，滤波层和半导体层结构的一个为了形成检测器元件 的检测平面而设置的层可被选择性地蚀刻。在此，这些层合适地被构成并且相互调谐为，使 得蚀刻剂腐蚀并除去滤波层，而为检测平面设置的层与滤波层相比抵抗蚀刻剂。为检测平 面设置的层因此可以构成为蚀刻停止层。借助选择性的、尤其是湿化学蚀刻，可以简单地除去设置在半导体层结构中检测 器元件的检测平面上方的半导体层。根据至少一个其它实施方式，基本检测器元件具有按照人眼的光谱灵敏度分 布的光谱灵敏度分布。基本检测器元件因此可以实施为具有按照人眼的灵敏度分布形 成的灵敏度分布的检测器元件。对于亮匹配或暗匹配的人眼的灵敏度分布，可以采用 CIE(Commission Internationalde Eclairage)的t百I^t示}^0根据至少一个其它实施方式，检测器元件、尤其是各检测器元件的活性区域具有 不同带隙和/或厚度的多个功能层。通过这样形成活性区域，可以按照预定的灵敏度分布、 例如人眼的灵敏度分布来形成基本检测器元件的灵敏度分布的长波边缘。在此，活性区域中的信号通过多个按照预定分布的功能层产生。有利地可以放弃用于匹配灵敏度的长波侧 的滤波。该活性区域优选吸收波长大于基本检测器元件的灵敏度分布的最大波长的射线。根据至少一个其它实施方式，基本检测器元件尤其是除了活性区域之外还具有基 本滤波层。基本滤波层优选吸收波长小于基本检测器元件的光谱灵敏度分布的最大波长的 射线。基本滤波层可以集成在半导体主体中。基本滤波层可以通过吸收小于基本检测器元 件的灵敏度分布的最大波长的波长来按照预定灵敏度分布形成该分布的短波边缘。如果基本检测器元件例如具有按照人眼灵敏度分布的灵敏度分布，则在文献 W02005/096394A1中描述了基本检测器元件的合适实施，其整个公开内容在此清楚地通过 引用而并入到本专利申请中。根据至少一个其它实施方式，检测器元件具有滤波层结构的一个或多个滤波层的 剩余部分，其中该检测器元件的检测平面没有被一个或多个滤波层覆盖，从而射线可以无 阻碍地从一个或多个滤波层进入该检测器元件中。未被一个或多个滤波层覆盖的检测平面 例如可以通过基本检测器元件形成。优选的，在该滤波层结构剩余部分上设置用于该检测 器元件的电接头。根据至少一个其它实施方式，滤波层结构是无源的、也就是不是为产生信号而适 用、设置或构成的滤波层结构。根据至少一个其它实施方式，检测器元件的半导体主体，优选各检测器元件的半 导体主体，尤其是活性区域、基本滤波层和/或滤波层结构包含化合物半导体材料，优选 In-v半导体材料。III-V半导体材料的特征在于高的量子效率。尤其是，还可以用III-V 半导体材料实现合适的滤波层。例如，活性区域包含InGaAlP。该材料适合于在可见光谱范围和/或紫外光谱范围 中产生信号。替换的或附加的，活性区域包含(Al)GaAs。(Al)GaAs特别适用于在红外光谱 范围中产生信号。滤波层结构可以包含InGaAlP和/或AlGaAs。根据至少一个其它实施方式，滤波层结构具有多个滤波层。根据至少一个其它实施方式，检测器元件的半导体主体，优选各个检测器元件的 半导体主体按照Pin型二极管结构形成。这种二极管结构的特征在于有利的短的响应时 间。根据至少一个其它实施方式，活性区域，尤其是功能层是本征的，也就是未掺杂 的。根据至少一个其它实施方式，滤波层结构实施为掺杂的。在滤波层结构或滤波层 结构的剩余部分上可以简单地设置各检测器元件的接头。根据至少一个其它实施方式，射线检测器除了具有基本检测器元件的所述检测器 元件作为第一检测器元件和具有滤波层结构的另一检测器元件之外，还具有第三检测器元 件作为第二检测器元件。第三检测器元件合适地具有包含至少一个滤波层的滤波层结构。 第三检测器元件的光谱灵敏度分布优选在最大波长时具有最大值。第三检测器元件的滤波 层结构优选构成为，滤波层结构吸收波长小于第三检测器元件的灵敏度分布的最大波长的 射线和/或波长大于基本检测器元件的灵敏度分布的下极限波长的射线。优选的，第三检测器元件的滤波层结构吸收波长大于基本检测器元件的灵敏度分布的最大波长的射线和/或波长大于第二检测器元件的灵敏度分布的最大波长的射线。根据至少一个其它实施方式，第三检测器元件的滤波层结构具有多个滤波层。第 三检测器元件的滤波层结构的两个滤波层，尤其是两个邻接的滤波层优选可选择性地蚀 刻，尤其是可选择性地湿化学蚀刻。第三检测器元件的滤波层结构可以包括与第二检测器 元件的滤波层相应的滤波层，尤其是具有相同组成和/或厚度的滤波层，以及附加滤波层。第三检测器元件的附加滤波层优选吸收波长大于第二检测器元件的灵敏度分布 的最大波长的射线，以及特别优选吸收波长小于基本检测器元件的灵敏度分布的上极限波 长的射线。借助第三检测器元件，可以从基本检测器元件的灵敏度分布中获得其它灵敏度分布。第三检测器元件的附加滤波层优选设置在第三检测器元件的滤波层的背离活性 区域的面上。根据至少一个其它实施方式，第三检测器元件按照第二检测器元件在添加所述附 加滤波层的情况下来构成。根据至少一个其它实施方式，滤波层和附加滤波层构成为可选择性地蚀刻，尤其 是选择性地湿化学蚀刻。根据至少一个其它实施方式，滤波层和基本滤波层构成为可选择性地蚀刻，尤其 是选择性地湿化学蚀刻。优选具有基本滤波层、滤波层和/或附加滤波层的滤波层序列例如可以交替地具 有包含(Al)GaAs的层和包含InGaAlP的层。包含(Al)GaAs或包含InGaAlP的半导体层相 对于包含InGaAlP或(Al)GaAs的另一半导体层-即分别具有另一种材料的层-可选择性 地蚀刻。根据至少一个其它实施方式，射线检测器既可作为具有按照人眼的光谱灵敏度分 布的光谱灵敏度分布的环境光检测器，又可以作为颜色传感器尤其是用于检测和/或区分 三种基本颜色来运行。用于作为颜色传感器运行的各个颜色通道，例如用于获得三种基本 颜色的各个颜色通道，可以借助形成由各个检测器元件所获得的信号之差来获得。根据至少一个其它实施方式，射线检测器可以同时作为具有按照人眼的光谱灵敏 度分布的光谱灵敏度分布的环境光检测器，以及作为颜色传感器尤其是用于检测和/或区 分三种基本颜色来运行。


下面结合附图对实施例的描述给出了其它特征、优点和合适之处。图1借助图1A、1B、1C示出光电射线检测器的实施例的不同示意性视图，并借助图 ID示出该射线检测器的一个检测器元件的一部分的示意截面图。图2在图2A中示出该检测器元件的光谱灵敏度分布，在图2B中示出从该光谱灵 敏度分布中获得的颜色通道。图3示出射线检测器的另一实施例的示意性俯视图。图4借助在图4A、4B、4C、4D和4E中示意性示出的中间步骤示出用于制造射线检 测器的方法的实施例。
相同、相同类型和相同作用的元件在附图中具有相同的附图标记。
具体实施例方式图1借助图1A、1B、1C示出光电射线检测器的实施例的不同示意性视图，图ID示 出该射线检测器的一个检测器元件的一部分的示意截面图。图IC示出该射线检测器的示意性俯视图，图IA示出沿着图IC中线A-A的示意性 截面图，图IB示出沿着图IC中线B-B的截面图。射线检测器100具有多个检测器元件1，2，3。在该实施例中，该射线检测器包括3 个检测器元件。替换的，还可以设置两个或多于三个的检测器元件，例如4个或更多或5个 或更多。这些检测器元件并排地设置在射线检测器的载体4上。检测器元件1，2，3设置在 载体4的共同的表面上。检测器元件1，2，3分别具有半导体主体5。该半导体主体5可以分别外延生长。 尤其是，载体4可以由用于该半导体主体的外延层的生长衬底来形成。射线检测器100可以一起实施为射线检测器芯片。这些检测器元件优选实施为单 片地集成。尤其是，射线检测器可以被简单地制造。该射线检测器可以联合制造，也就是可 以同时制造多个射线检测器，其中各个射线检测器通过从该联合体中分离出来而获得。检测器元件1，2，3分别具有检测平面6，7，8。各个检测器元件的检测平面合适地 背离载体4。此外，该检测平面是为了让将由射线检测器100检测的射线进入相应的检测器 元件而设置的。各个检测平面6，7，8借助各个检测器元件的半导体主体5的表面，尤其是 各个半导体主体的背离载体的表面来形成。检测器元件1，2，3此外还分别具有为了产生信 号而设置的活性区域9。该活性区域9可以设置在半导体主体5中。活性区域9优选实施 为本征的，尤其是未掺杂的。各半导体主体优选还具有两个半导体区域10和11。半导体区 域10和11优选实施为针对不同的导电类型(η导电或ρ导电)掺杂。半导体区域10例如 可以构成为P导电的，而半导体区域11可以构成为η导电的。各半导体区域10和11可以 具有一个或多个半导体层。各检测器元件的半导体主体5因此可以具有pin型二极管结构。这种二极管结构 的特征是有利的短的响应时间。通过检测平面6，7，8进入各检测器元件1，2和3的半导体主体5中的射线可以到 达各个检测器元件的活性区域9，在活性区域中被吸收并产生电子-空穴对。在活性区域中 产生的载流子可以有助于各检测器元件产生信号。检测器元件1，2，3的活性区域9在此可以实施为相同类型的，尤其是实施为相同 的。活性区域9可以由唯一的外延生长层或层结构来形成。检测器元件6，7，8还可以分别具有基本检测器元件12。该基本检测器元件12可 以集成在各自的半导体主体中。检测器元件优选构成为检测不同灵敏度范围中的射线。基 本检测器元件优选具有宽的灵敏度范围。基本检测器元件的光谱灵敏度范围可以在可见光 谱范围内延伸，例如从410nm(含)直到680nm (含)。为了由基本检测器元件的灵敏度范围构成检测器元件的不同灵敏度范围，可以在 检测器元件的活性区域前设置滤波层，该滤波层吸收来自入射射线的波长。因此，在滤波层 进行吸收的波长范围内，在活性区域中仅减小地或不产生电子-空穴对并因此不产生明显的信号。滤波层结构可以集成在各检测器元件1，2和3的半导体主体5中。具有一个或多个滤波层的滤波层结构尤其可以设置在各检测器元件的检测平面 和该检测器元件的活性区域之间。在该实施例中，检测器元件3具有包含两个滤波层14， 15的滤波层结构13。检测器元件2具有含有滤波层14的滤波层结构13。检测器元件2和 3的滤波层14在此可以实施为相同的。尤其是，滤波层14可以由单个的、外延生长的层构 成。相应检测器元件2和3的检测平面7，8可以通过滤波层结构13的背离活性区域的面 形成。在检测器元件1的检测平面6和活性区域9之间不设置滤波层结构。检测平面6通 过基本检测器元件形成。检测器元件1的光谱灵敏度分布由此可以是基本检测器元件的光 谱灵敏度分布。各滤波层结构13优选吸收小于基本检测器元件的光谱灵敏度分布的上极限波长 的波长。在此，滤波层15合适地构成为比滤波层14吸收更大的波长。尤其是，滤波层14 可以具有比滤波层15更大的带隙。将在各滤波层中吸收的波长可以通过该滤波层的带隙调节。借助滤波层结构13可以尤其是在基本检测器元件的光谱灵敏度分布内形成灵敏 度通道。滤波层结构优选不用于产生信号，并尤其构成为无源(passive)的滤波层结构。为了获得在各检测器元件1，2，3中产生的信号，这些检测器元件分别具有接触 16，17和18。各接触可以实施为接触金属涂层或接触合金涂层。各接触可以设置在检测器 元件的背离载体4的面上。合适的是，各接触与相应检测器元件的活性区域9导电地连接。 这种导电的连接例如可以贯穿滤波层结构13地进行。滤波层结构13和尤其是滤波层14和/或15可以构成为为了活性区域9的电接触 而掺杂，例如P导电地掺杂。滤波层14和/或15的厚度可以是0. 8 μ m或更多，优选1. 0 μ m 或更多，尤其优选1.5μπι或更多或2μ λ m或更多。检测平面未被滤波层或滤波层结构覆盖的检测器元件也可以具有其它检测器元 件的滤波层或滤波层结构的剩余部分。滤波层(结构)剩余部分可以设置在检测平面之外。 检测器元件2除了滤波层14之外还具有滤波层14的滤波层剩余部分15’。检测器元件1 具有滤波层14或15的滤波层结构剩余部分14’和15’ (参见图1A)。各滤波层剩余部分 14’，15’分别设置在检测器元件1或2的接触与活性区域之间。也在其中不期望通过相应 的滤波层进行滤波的检测器元件中留下滤波层(结构)剩余部分具有以下优点接触16， 17，18可以施加在半导体主体上的相同高度处。这简化了射线检测器的制造。检测器元件1，2，3可以具有共同的、射线检测器的对应于各接触16，17和18的静 止接触19。该静止接触例如可以设置在该检测器元件的背离载体4的面上。活性区域9、半导体区域10、半导体区域11、滤波层14和/或滤波层15可以包含 化合物半导体材料，尤其是III-V化合物半导体材料。半导体主体可以由化合物半导体组 成。作为化合物半导体材料，基于磷化合物半导体材料和/或基于砷化合物半导体材 料的半导体材料特别合适。对于活性区域，磷化合物半导体材料在此尤其适用于紫外光谱 范围和/或可见光谱范围中的射线检测，砷化合物半导体材料尤其适用于在可见光谱范围 和/或红外光谱范围中检测。具有合适带隙的滤波层既可以基于砷也可以基于磷来实现。在此尤其合适的是，为滤波层14和15以及必要时为在活性区域一侧与滤波层结构邻接的 层选择来自不同材料系统的材料。尤其是，来自不同材料系统的材料交替地设置。交替的 层的材料系统合适地可以选择性地蚀刻。由此简化了射线检测器的制造。“基于磷化合物半导体”在本文中意味着，半导体主体，尤其是活性区域优选包括 AlnGaJn^P，其中0彡η彡1，0彡m彡1以及n+m彡1，优选η乒0，m兴0，η兴1禾口 /或 m兴1。在此，该材料不需要一定具有数学上根据上述公式的精确组成。而是该材料可以具 有一种或多种掺杂材料以及附加的组成成分，这些掺杂材料以及附加的组成成分基本上不 会改变该材料的物理特性。为简单起见，上述公式仅包含晶格的主要组成成分(Al，Ga，In， P)，即使这些组成成分部分地被少量的其它材料代替。“基于砷化合物半导体”在本文中意味着，半导体主体，尤其是活性区域优选包括 AlnGaJn^As，其中0彡η彡1，0彡m彡1以及n+m彡1，优选η乒0，m乒0，n乒1禾口 /或 m兴1。在此，该材料不需要一定具有数学上根据上述公式的精确组成。而是该材料可以具 有一种或多种掺杂材料以及附加的组成成分，这些掺杂材料以及附加的组成成分基本上不 会改变该材料的物理特性。为简单起见，上述公式仅包含晶格的主要组成成分(Al，Ga，In， As)，即使这些组成成分可以部分地被少量的其它材料代替。具有磷化合物半导体材料和砷化合物半导体材料的半导体层可以有利地在共同 的衬底以及尤其是连续地外延生长。特别合适的是，采用来自子材料系统Intl. 5 (Ga1^xAlx) 0.5P 和AlxGai_xAs的材料，分别满足0彡χ彡1，以及优选χ兴0禾Π /或χ兴1，因为这些材料就 晶格常数来说能相互良好匹配。作为生长衬底，合适的例如是GaAs。通过Al含量可以调节带隙，此外还可以调节将在各层中吸收的射线。在磷化合物 半导体材料的情况下，随着Al含量增大，带隙也增大。由此，可吸收的波长随着Al含量增 大而降低。同样也适用于砷化合物半导体材料，其中带隙也随着Al含量增加而上升。射线检测器100还可多面性的使用。一方面，可以在检测器元件1上提取按照基 本检测器元件12的信号。在检测器元件2或3上可以提取相应于基本检测器元件的灵敏 度范围内的相应灵敏度通道的信号。通过合适的用于处理所获得的信号的方法，在此可以 实现不同的应用。图ID示出图1A，IB和IC的基本检测器元件12的实施例的示意性截面图。基本检测器元件12包括活性区域9。活性区域9具有多个功能层9a，9b，9c和9d。 功能层合适地具有不同的带隙和/或厚度。借助活性区域中的多个功能层，可以形成基本 检测器元件的光谱灵敏度分布的长波边缘。在射线入射一侧设置在活性区域9之前的是基 本滤波层20。借助基本滤波层20，尤其可以形成基本检测器元件的光谱灵敏度分布的短波 边缘。该分布优选在预定的最大波长时具有最大值。在此，基本滤波层20可以吸收小于该 最大波长的波长。一个或多个功能层可以吸收波长大于最大波长的射线。基本滤波层20优选包含一种材料，该材料相对于滤波层14的材料可选择性地蚀 刻，该滤波层14可以与基本滤波层邻接。例如，基本滤波层包含AlGaAs。滤波层14可以包 含InGaAlP。滤波层15也可以包含AlGaAs。基本滤波层20的Al含量优选大于滤波层15的Al含量，尤其是在两个层都包含 AlGaAs或由AlGaAs组成的情况下。基本检测器元件的活性区域9优选设置在两个覆盖层21，22之间，这些覆盖层可以针对不同的导电类型被掺杂。基本检测器元件12优选构成为具有按照人眼的光谱灵敏度分布的光谱灵敏度分 布的环境光传感器。特别适用于环境光传感器的基本检测器元件的层的构成在下面的表中给出。
层组成以nm为单位的厚度基本滤波层20Alo.8oGa0.2oAs400功能层9a(Al0.5Ga0.5) ο. 5In0.5P600功能层％(Al0 4Ga0 6) ο. 5In0.5P600功能层9c(Al0 3Ga0 7) o. 5In0.5P400功能层9d(AlaiGa0 9) 0.5In0 5P100覆盖层21AlInP300覆盖层22AlInP300图2A示出射线检测器的检测器元件1，2和3的光谱灵敏度分布Ri (i = 1，2，3)。 分别绘出入射的射线功率每瓦特所产生的信号电流与入射的射线的波长的依赖关系。灵敏 度分布通过仿真来获得。此外在图2A中绘出按照CI E标准的亮匹配的人眼的灵敏度分布 V(A)0射线检测器可以按照结合图1描述的实施例来实施。检测器元件1实施为环境光传感器，并且具有按照V ( λ )的光谱灵敏度分布R1。形 成检测器元件1的检测平面的基本检测器元件12，可以像结合图ID所描述的那样实施。检测器元件2相对于基本检测器元件12另外还具有滤波层14。该滤波层可以包 含 InGaAlP，尤其是包含 In0.5 (Ga。. 3Α1。.7)。.5Ρ 或 In。. 5 (Gaa2Ala8)。.5Ρ，或由其组成。滤波层 14 可以具有Iym或2μπι的厚度。在此，对于Ina5 (Gaa3Ala7)tl5P滤波层14，厚度为1 μ m特另Ij 有利，而对于Ina5(Gaa2Ala8)a5P滤波层14，厚度为2 μ m特别有利。检测器元件3相对于检测器元件2附加具有的滤波层15可以包含AlGaAs，尤其是 Ala5Gaa5As,或由其组成。滤波层15可以具有2μπι的厚度。滤波层14吸收蓝色光谱范围中的射线。由此，检测器元件2相对于检测器元件1 在蓝色光谱范围中不灵敏，并且必要时甚至不能在该光谱范围中产生明显的信号。但是检 测器元件2在绿色和红色光谱范围中显示出明显的灵敏度。相对于检测器元件2，滤波层15附加地吸收绿色和橙色光谱范围中的射线，从而 检测器元件3基本上只能在红色光谱范围中提供明显的信号。在长波端部，对大于大约625nm的波长来说，检测器元件Ri的灵敏度分布分别遵 循人眼的灵敏度分布ν(λ)。尤其是，这些分布在长波端部是相同覆盖地。光谱灵敏度分布R2的短波边缘通过滤波层14确定。分布R3的短波边缘通过滤波层14和15确定。分布R1 的短波边缘通过基本滤波层20确定。通过基本检测器元件形成的检测器元件1的灵敏度分布R1具有下极限波长λ。。 该下极限波长大约为430nm。此外，基本检测器元件的光谱灵敏度分布具有上极限波长λ。,
该上极限波长例如大约660nm。基本检测器元件的光谱灵敏度分布还具有最大值λ max, 10该波长对于亮匹配的眼睛来说大约是555nm。检测器元件2的光谱灵敏度分布R2相应地具有下极限波长Xu,2和上极限波长λ。, 2以及尤其是最大值λ_,2。下极限波长大约是500nm，上极限波长λ。,2优选等于第一检测 器元件的上极限波长。最大波长λ .二优选大于基本检测器元件的最大波长并且例如大约 是 560nmo检测器元件3的灵敏度分布R3相应地具有下极限波长λ u,3和上极限波长λ。，3以 及尤其是最大值入_,3。下极限波长Au,3大约是565nm，上极限波长入。,3合适地等于两个 其它检测器元件的上极限波长。最大波长入 !￡,3大约等于61011111。λ _,力=1，2，3)可以随着滤波层的数量增大而增大Umax,^ λω3χ,2< λωΜ,3)。相应灵敏度通道_即分布R2或R3-的下极限波长可以通过滤波层14或15的带隙 确定，并且尤其是与该带隙相应。滤波层14优选吸收小于λ_,2的波长以及尤其是大于Xiul的波长。滤波层15优 选吸收小于波长以及尤其是大于λ &的波长。滤波层15可以吸收大于Xu,2的波 长。尤其是有效的可以是AiulC au,2< Xu,3。检测器元件2和3的光谱灵敏度分布因此可以构成基本检测器元件的灵敏度分布 内的灵敏度通道。灵敏度分布R2在此可以完全覆盖灵敏度分布R3。灵敏度分布R1在此可 以完全覆盖灵敏度分布R2。由在各个检测器元件中产生并且可相互分离地提取的信号可以获得关于待检测 射线中的颜色、尤其是颜色分量-例如三种基本颜色红色、绿色和蓝色的信息。为了获得关 于哪些颜色包含在入射射线中的信息，可以形成在各检测器元件中产生的信号之差。图2B相应地示出灵敏度分布之差，这些灵敏度分布适合于读取在待检测射线中 的基本颜色分量-红色、绿色和蓝色。曲线R对应于分布R3，并且是为红色设置的。曲线G 是根据分布R2和R3之差获得的。曲线G是为绿色设置的。曲线B相应于R1-R2-R3之差。曲 线B是为蓝色设置的。由此根据各个检测器元件的信号之差可以获得关于入射射线中的颜色分量的结 论。同时，可以与颜色分量无关地获得基本检测器元件、即检测器元件1的信号。由此射线 检测器100可以同时作为颜色传感器和环境光传感器运行。还要注意，检测器元件的数量不限于3个，而是可以设置更多数量的检测器元件。 这些检测器元件优选用于检测不同的灵敏度范围。尤其是，基本检测器元件不需要构成为 环境光传感器。基本检测器元件还可以在紫外光谱范围、可见光谱范围和/或红外光谱范 围中-在适当修改活性区域和必要时适当修改滤波层结构的情况下-构成。然后还可以借 助从基本检测器元件的灵敏度分布中进行适当滤波来获得灵敏度通道。在此，射线检测器的检测器元件中的滤波层的最大数量优选等于由基本检测器元 件的灵敏度分布构成的通道的数量。
结合图1描述的射线检测器100可以具有条纹状分布并且并排地设置在载体4上 的检测器元件，并且尤其具有半导体主体5。具有不同灵敏度范围的检测器元件比较强烈地 位于载体上。因此，存在射线例如由于不足的入射角而仅落在检测器元件之一上并且在那 里产生信号的危险，虽然该射线也会在其它检测器元件中产生信号。然后对该信号的分析 会提供有错的结果。为了降低该危险，一个或多个检测器元件可以大面积地分布在载体上。 例如，检测器元件可以在载体上具有俯视图为弯曲的、大约L形的形状。检测器元件可以宽 敞地在载体4上延伸。检测器元件的俯视图可以相互啮合，从而在一个检测器元件的两个 子区域之间设置另一个检测器元件的子区域。在图3中示出检测器元件在载体上非局部并且尤其是大面积的分布，图3示出射 线检测器100的相应实施例的示意俯视图。除了俯视图为其它形状之外，检测器元件1，2， 3可以根据图1构成。出于清楚原因，放弃对接触、滤波层和检测平面的详细描述。替换或补充的，一个或多个检测器元件可以分为多个分离的子检测器元件(未清 楚显示)。在子检测器元件中产生的信号可以相互分离地提取或电组合在一起。在后一种 情况下，检测器元件的子检测器元件合适地相互导电地连接。在第一种情况下，子检测器元 件合适地具有分离的接触。图4借助在图4A，4B，4C，4D和4E中示意性示出的中间步骤示出用于制造射线检 测器，尤其是按照结合上述附图描述的实施例的射线检测器的方法的实施例。首先，图4A提供半导体层结构50。半导体层结构50设置在载体4上。有利的是， 载体4从机械上稳定半导体层结构50。载体4可以由生长衬底形成，在该生长衬底上外延 地生长半导体层结构。半导体层结构50的结构在此优选与根据图1的检测器元件3的结 构相应。尤其是，该半导体层结构具有基本检测器元件12，该基本检测器元件12具有活性 区域9，半导体区域10，11和基本滤波层20。此外，该半导体层结构具有滤波层14和滤波 层15。因此，该半导体层结构可以包括包含两个滤波层14和15的滤波层结构13。接着除去滤波层15的子区域，图4B。为此，例如在半导体层结构的背离滤波层15 的面上设置掩模23。例如可以在半导体层结构上施加掩模材料，然后在要除去滤波层15的 区域中再次除去该掩模材料。为此合适的是光致抗蚀层，其借助对掩模23的曝光和随后的 显影而被合适地结构化。然后可以除去未被掩模23覆盖的半导体层结构的区域。为此合适的例如是蚀刻方法，尤其是湿化学蚀刻。蚀刻剂通过图4B中的箭头示 出ο所采用的蚀刻剂在此可以按区域腐蚀掉滤波层15的材料。优选的，设置在滤波层 15和活性区域9之间的滤波层14的材料与滤波层15相比对所采用的蚀刻剂不那么灵敏。 滤波层14尤其可以实施为蚀刻停止层。为此滤波层14和15优选基于不同的半导体材料 系统。例如，滤波层15基于砷化合物半导体材料，而滤波层14基于磷化合物半导体材料。 滤波层15可以包含AlGaAs或由其组成，而滤波层14可以包含InGaAlP或由其组成。为了相对于含有InGaAlP的滤波层选择性地蚀刻含有AlGaAs的滤波层，合适的是 例如是H2S04:H202:H20或类似的蚀刻剂。在此，AlGaAs材料比InGaAlP材料明显更强地被 腐蚀掉。滤波层15的被掩模覆盖的区域在半导体层结构中为检测器元件3的检测平面而 留下。然后又将掩模23除去。
接着可以在剩余的半导体层结构上构成其它掩模24，例如光致抗蚀掩模，图4C。 掩模24优选覆盖留在半导体层结构中的滤波层15的区域以及滤波层14的子区域。被掩 模24覆盖的子区域可以为了根据图1构成检测器元件2和3的检测平面而设置。接着，未被掩模24覆盖的滤波层14的子区域可以例如借助湿化学蚀刻在采用合 适的蚀刻剂的情况下被除去。基本滤波层20在此可以用作蚀刻停止层。基本滤波层20合 适地包含AlGaAs。然后可以除去掩模24。为了相对于含有AlGaAs的滤波层选择性地蚀刻含有InGaAlP的滤波层，例如适用 的是HCl。在此，InGaAlP材料比AlGaAs材料明显更强地被腐蚀。半导体层结构50的未被滤波层14覆盖的子区域可以为根据图1构成检测器元件 1的检测平面而设置。接着设置其它掩模25，例如光致抗蚀掩模，图4D。掩模25优选被结构化为，使得 为了构成射线检测器的检测器元件而设置的区域被掩模材料覆盖。然后可以除去被露出的 区域。为此合适的例如是蚀刻方法，如湿化学蚀刻。为此必要时可以采用一种均勻地腐蚀 掉滤波层15、滤波层14和基本滤波层20以及必要时还均勻地腐蚀掉半导体层结构中的其 它材料的蚀刻剂。半导体层结构50由此可以划分为相互分离的半导体主体5，图4E。半导体主体5 分别相应于根据图1的检测器元件1，2和3。替换的，该划分还可以在按区域除去滤波层 14，15之一之前执行。此外，可以在划分为半导体主体之前或之后在载体4的背离半导体材料的面上施 加静止接触19。该静止接触例如可以包括金属涂层或金属合金涂层。检测平面6，7，8可以 通过基本滤波层20、滤波层14以及滤波层15形成。然后，在半导体层结构或半导体主体的 半导体材料的背离载体4的面上，还在合适的时刻施加接触16，17，18 (未清楚示出，参见图 1A)。合适的是，还为其中检测平面未被相应的滤波层覆盖的检测器元件保留滤波层结 构的子区域，该滤波层结构包括滤波层14和必要时还包括15 (未清楚示出，参见图1A)。在 载体上方以相同的高度施加接触相对于分级地构成接触被简化了，这些接触本来是在完全 除去检测器元件1和2的滤波层时需要的。从而通过简单方式通过选择性蚀刻可以由唯一的半导体层结构来制造具有不同 灵敏度范围的检测器元件。本专利申请要求2008年3月28日的德国专利申请102008016100. 4的优先权，其 整个公开内容通过引用合并在本申请中。本发明不限于借助实施例的描述。本发明包括任何新的特征以及特征的任何组 合，尤其是包含专利权利要求中的特征的任何组合，即使该特征或这些组合本身未在专利 权利要求或实施例中明确说明。
权利要求
一种光电射线检测器，具有多个用于产生信号的检测器元件，其中这些检测器元件分别具有光谱灵敏度分布，一个检测器元件具有基本检测器元件，该基本检测器元件的光谱灵敏度分布具有下极限波长，其它检测器元件具有包含至少一个滤波层的滤波层结构，该其它检测器元件的灵敏度分布在最大波长时具有最大值，以及该滤波层结构被构成为，使得该滤波层结构吸收波长小于该最大波长的射线和波长大于该下极限波长的射线。
2.根据权利要求1所述的射线检测器，其中所述其它检测器元件的光谱灵敏度分布具 有上极限波长，并且该上极限波长等于基本检测器元件的光谱灵敏度分布的上极限波长。
3.根据前述权利要求至少之一所述的射线检测器，其中基本检测器元件的光谱灵敏度 分布完全覆盖所述其它检测器元件的光谱灵敏度分布。
4.根据前述权利要求至少之一所述的射线检测器，其中检测器元件分别具有包含为产 生信号而设置的活性区域的半导体主体。
5.根据权利要求4所述的射线检测器，其中基本检测器元件以及其它检测器元件具有 相同类型的活性区域。
6.根据权利要求4或5所述的射线检测器，其中各检测器元件的活性区域、滤波层结构 和/或半导体主体外延地生长。
7.根据权利要求4至6之一所述的射线检测器，其中滤波层结构集成在所述其它检测 器元件的半导体主体中。
8.根据权利要求4至7之一所述的射线检测器，其中基本检测器元件集成在所述检测 器元件的半导体主体中。
9.根据前述权利要求至少之一所述的射线检测器，其中其它检测器元件的一部分根据 基本检测器元件实施，并且所述滤波层结构除了所述其它检测器元件的根据基本检测器实 施的这一部分之外还设置在其它检测器元件的检测平面与其它检测器元件的活性区域之 间。
10.根据前述权利要求至少之一所述的射线检测器，其中所述检测器元件具有其它检 测器元件的滤波层结构的一个或多个滤波层的剩余部分，其中所述检测器元件的检测平面 没有被一个或多个滤波层覆盖，从而射线能够无阻碍地从一个或多个滤波层进入所述检测 器元件中。
11.根据前述权利要求至少之一所述的射线检测器，其中活性区域和/或滤波层结构 包含III-V半导体材料。
12.根据前述权利要求至少之一所述的射线检测器，其中射线检测器能同时作为具有 按照人眼的光谱灵敏度分布的光谱灵敏度分布的环境光检测器，以及作为颜色传感器来运 行。
13.一种用于制造多个检测器元件的方法，具有步骤a)提供检测器元件的半导体层结构，其中该半导体层结构具有滤波层结构，该滤波层 结构具有至少一个滤波层和活性区域；b)除去滤波层，并且将检测器元件的检测平面露出，其中其它检测器元件的滤波层被 部分地留在了半导体层结构中，从而该滤波层设置在其它检测器元件的检测平面和所述活 性区域之间；c)结束检测器元件的制造。
14.根据权利要求13所述的方法，其中半导体层结构在步骤b)之前或之后被划分为多 个半导体主体，其中一个半导体主体包括所述检测器元件的检测平面，而其它半导体主体 包括所述其它检测器元件的检测平面。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其中所述滤波层和半导体层结构的一个为了形 成所述检测器元件的检测平面而设置的层能被选择性地蚀刻。
全文摘要
提出一种光电射线检测器(100)，具有多个用于产生信号的检测器元件(1，2，3)，其中这些检测器元件分别具有光谱灵敏度分布，一个检测器元件(1)具有基本检测器元件，该基本检测器元件(1)的光谱灵敏度分布具有下极限波长，其它检测器元件(2，3)具有包含至少一个滤波层(14，15)的滤波层结构(13)，该其它检测器元件(2，3)的灵敏度分布在最大波长时具有最大值，以及该滤波层结构被构成为，使得该滤波层结构吸收波长小于该最大波长的射线和波长大于该下极限波长的射线。
文档编号H01L27/146GK101981696SQ200980111247
公开日2011年2月23日 申请日期2009年1月23日 优先权日2008年3月28日
发明者R·布滕戴希, R·维尔特 申请人:奥斯兰姆奥普托半导体有限责任公司