Способ травления меза-элементов на основе эпитаксиальных p-i-n структур gan/alxga1-xn



Способ травления меза-элементов на основе эпитаксиальных p-i-n структур gan/alxga1-xn
Способ травления меза-элементов на основе эпитаксиальных p-i-n структур gan/alxga1-xn

 


Владельцы патента RU 2574376:

Акционерное общество "НПО "Орион" (АО "НПО "Орион") (RU)

Изобретение относится к технологии фотодиодов на основе эпитаксиальных p-i-n структур GaN/AlxGa1-xN, преобразующих излучение ультрафиолетовой области спектра. Изобретение может быть использовано в производстве матричных фоточувствительных элементов приборов гражданского и военного назначения. Сущность изобретения состоит в том, что травление гетероэпитаксиальных структур GaN/AlxGa1-xN после применения стандартных методов фотолитографии проводят с использованием заранее известных скоростей стравливания отдельных слоев AlxGa1-xN с разными значениями доли Al-x (0,00÷0,65). В качестве метода травления используют метод ионно-лучевого травления ионами Ar (аргона). Бомбардировка ионами инертного газа (Ar) при невысоких скоростях травления позволяет достичь необходимой анизотропности и однородности глубины травления. Скорость ионно-лучевого травления ионами аргона эпитаксиальных слоев AlxGa1-xN уменьшается с увеличением содержания мольной доли алюминия в эпитаксиальном слое в 3-4 раза при изменении молярной доли алюминия от 0 до 0.65. Изобретение обеспечивает возможность формирования меза-структуры с множеством отдельных p-i-n диодов с обеспечением необходимой однородности глубины травления структуры до слоя n+-AlxGa1-xN и без прерывания процесса травления. 2 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к технологии фотодиодов на основе эпитаксиальных p-i-n структур GaN/AlxGa1-xN, преобразующих излучение ультрафиолетовой области спектра. Изобретение может быть использовано в производстве матричных фоточувствительных элементов приборов гражданского и военного назначения.

Матрицы фотодиодов на основе эпитаксиальных p-i-n структур GaN/AlxGa1-xN изготавливают по полупроводниковой технологии, включающей фотолитографию, ионное травление по маске для выделения меза-элементов (p-i-n диодов), пассивацию поверхности, напыление металлических покрытий, обеспечивающих омические контакты к слоям p и n, формирование индиевых микроконтактов для последующей гибридизации. Применение ионного травления при формировании меза-структуры обусловлено химической устойчивостью соединений GaN и AlxGa1-xN к жидкостному химическому травлению.

Известен способ травления структур на основе GaN, AlGaN, AlN, в котором тестовые образцы эпитаксиальных структур GaN/AlGaN травили плазмохимическим методом через никелевую (Ni) маску в смеси газов Cl2+Ar с использованием индуктивно связанной плазмы [Smith S.A., Wolden С.А., Bremser M.D., et al. High rate and selective etching of GaN, AlGaN, and AlN using an inductively coupled plasma. Appl. Phys. Lett. 71 (25), 22 December 1997]. Давление смеси газов варьировалось в пределах 1-9 мТорр, напряжение смещения подложкодержателя 20-450 В, мощность индуктивно связанной плазмы 100-1100 Вт. Оптимальное соотношение газов рабочей среды Ar:Cl2 составило 20:80 (%). Максимальные скорости травления составили 980 нм/мин для GaN, 906 нм/мин для Al0.28Ga0.72N и 749 нм/мин для AlN.

К недостаткам данного метода можно отнести слабую зависимость скорости травления от состава полупроводниковой структуры, что определяет повышенные требования к чувствительности оборудования, используемого для определения окончания процесса травления на необходимую глубину. Также можно отметить использование хлорсодержащего газа в качестве рабочей среды. Высокая агрессивность хлорсодержащих газов и продуктов реакции предъявляет повышенные требования к химической стойкости оборудования и существенно снижает его ресурс, нарушает экологию. В совокупности перечисленные факторы усложняют конструкцию и увеличивают стоимость оборудования и расходы на выполняемые процессы.

Наиболее близким к изобретению является способ травления ионами аргона, в котором для контроля глубины и однородности травления используют оптические, контактные и другие методы. Методами контроля могут быть фотолюминесценция [Соломонов А.В. и др. Исследование характеристик ультрафиолетовых светодиодов на основе гетероструктур GaN/AlGaN, выращенных методом хлоридно-гидридной эпитаксии. Физика и техника полупроводников, 2014, том 48, вып. 2], ультрафиолетовая спектрофотометрия [Иванов В.С. и др. Основы оптической радиометрии - М.: Физматлит, 2003, - с. 236, гл. 12; Cary-4000-5000-6000i-UV-Vis-NIR-brochure], контактная и оптическая профилометрия [Егоров В.А. Оптические и щуповые приборы для измерения шероховатости поверхности - М.: Машиностроение, 1965. - 222 с; DektakXT stylus profiling system - brochure].

Однако для определения момента окончания травления этими способами необходимо непрерывно контролировать параметры поверхности структуры, что невозможно без прерывания процесса травления. Дополнительные операции измерения могут приводить к повреждению/загрязнению поверхности эпитаксиальной структуры.

Технической задачей настоящего изобретения является формирование меза-структуры с множеством отдельных p-i-n диодов с обеспечением необходимой однородности глубины травления структуры до слоя n+-AlxGa1-xN и без прерывания процесса травления.

Технический результат достигается тем, что единичные p-i-n фотодиоды в матрицах фотодиодов формируют ионным травлением ионами аргона эпитаксиальных структур с p-i-n переходом до слоя n+-AlxGa1-xN, время, необходимое для травления структуры с известными значениями толщин слоев на требуемую глубину, определяют по известным значениям скоростей травления слоев GaN и AlxGa1-xN с разными значениями доли Al x (%), а необходимая однородность глубины травления обеспечивается меньшей скоростью травления AlxGa1-xN, при x=0,45÷0.65 в 3-4 раза меньшей по сравнению со скоростью травления слоя GaN.

Сущность описываемого способа состоит в том, что травление гетероэпитаксиальных структур GaN/AlxGa1-xN после применения стандартных методов фотолитографии проводят с использованием заранее известных скоростей стравливания отдельных слоев AlxGa1-xN с разными значениями доли Al-x (0,00÷0,65). В качестве метода травления используют метод ионно-лучевого травления ионами Ar (аргона). Бомбардировка ионами инертного газа (Ar) при невысоких скоростях травления позволяет достичь необходимой анизотропности и однородности глубины травления. Скорость ионно-лучевого травления ионами аргона эпитаксиальных слоев AlxGa1-xN уменьшается с увеличением содержания мольной доли алюминия в эпитаксиальном слое в 3-4 раза при изменении молярной доли алюминия от 0 до 0.65.

Определение скоростей травления слоев AlxGa1-xN, различающихся содержанием доли алюминия, проводилось на гетероэпитаксиальных структурах AlxGa1-xN с p-i-n переходом видимо-слепого (ВС) и солнечно-слепого (СС) ультрафиолетовых диапазонов различных сочетаний слоевых конфигураций, выращенных на подложках α-Al2O3 (кристаллографическая ориентация 0001) методами МОС-гидридной или молекулярно-лучевой эпитаксии [Болтарь К.О. и др. Исследование скорости ионно-лучевого травления гетероэпитаксиальных структур GaN/AlxGa1-xN. Прикладная физика, 2013, №4, с. 5]. Используемая в способе зависимость скорости травления AlxGa1-xN от состава показана на фиг. 1.

Пример изготовления образца с использованием способа травления стандартными методами фотолитографии на пластине с гетероэпитаксиальной p-i-n структурой GaN/AlxGa1-xN, с известными значениями толщин слоев, формируют маску фоторезиста с шагом 30 мкм и размером пикселей с p-i-n переходом 25×25 мкм и вычисляют времена травления каждого отдельного слоя с разной долей Al (согласно паспорту, сопровождающему структуру), устанавливают время травления, равное сумме времен травления каждого отдельного слоя с разной долей Al, выполняют процесс ионно-лучевого травления ионами Ar с энергией 1 кэВ и плотностью тока 0.2 Вт/см2. Длительность процесса равна сумме времен травления каждого отдельного слоя с разной долей Al. Затем удаляют остатки маски фоторезиста в органических растворителях и/или плазмохимическим травлением в кислородной плазме.

На фиг. 2 показана профилограмма полученных после ионно-лучевого травления меза-элементов с p-i-n переходом на гетероструктурах GaN/AlxGa1-xN.

Способ травления меза-элементов на основе эпитаксиальных p-i-n структур GaN/AlxGa1-xN, состоящий в том, что единичные p-i-n фотодиоды в матрицах фотодиодов формируют ионным травлением ионами аргона эпитаксиальных структур с p-i-n переходом до слоя n+-AlxGa1-xN, отличающийся тем, что время, необходимое для травления меза-элементов на структуре с известными значениями толщин слоев на требуемую глубину, определяют по известным значениям скоростей травления слоев GaN и AlxGa1-xN, а необходимая однородность глубины травления обеспечивается меньшей скоростью травления слоя AlxGa1-xN, при х=0,45÷0.65 в 3-4 раза меньшей по сравнению со скоростью травления слоя GaN.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу получения структурированного электропроводящего покрытия на подложке. Технический результат - предоставление способа получения структурированного металлического покрытия на подложке, при реализации которого формируют структурированный металлический слой с четко определенными кантами и краями, что позволяет напечатать картину с высоким разрешением и структурами малых размеров, применимую в солнечных батареях.

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых фотоприемников и может использоваться для создания многоэлементных фотоприемников различного назначения.

Изобретение относится к технологии получения индиевых микроконтактов для соединения больших интегральных схем (БИС) и фотодиодных матриц, выполненных на основе полупроводниковых материалов.

Коллекторный электрод для солнечного элемента изготавливают трафаретной печатью проводящей пасты, при этом трафаретную печать повторяют многократно. Скорость прокатывания во время второй или последующей трафаретных печатей является больше, чем скорость прокатывания во время первой трафаретной печати.

Изобретение относится к области технологии изготовления полупроводниковых приборов методом газофазной эпитаксии с использованием металлорганических соединений, в частности к технологии выращивания гетероструктуры для полупроводникового полупрозрачного фотокатода с активным слоем из арсенида галлия, фоточувствительного в видимом и ближнем инфракрасном диапазоне.

Изобретение относится к технологии создания фоточувствительных халькопиритных пленок, которые могут найти применение при создании солнечных батарей. Способ получения фоточувствительных халькопиритных пленок включает два этапа, на первом получают прекурсорную пленку, а на втором проводят ее отжиг.

Изобретение относится к технологии изготовления матричных фотоприемников ИК-излучения на основе антимонида индия, теллурида кадмия-ртути. Способ изготовления матричного фотоприемника согласно изобретению включает формирование на полупроводниковой пластине р+-n- или n+-р-перехода по всей поверхности, формирование защитной маски фоторезиста с рисунком ФЧЭ с последующим травлением мезаструктур на глубину, при которой р+-n- или n+-р-переход выходит на поверхность у основания мезаструктуры под углом меньше 60°.

Изобретение относится к области контроля фотоэлектрических устройств и касается способа исследования пространственного распределения характеристик восприимчивости фотоэлектрических преобразователей в составе солнечных батарей к оптическому излучению.

Согласно изобретению предложена печь для вжигания электрода солнечного элемента, которая снабжена транспортировочным элементом, транспортирующим подложку с нанесенной на нее проводящей пастой, секцией нагрева, которая нагревает подложку и вжигает проводящую пасту, и секцией охлаждения, которая охлаждает нагретую подложку.

Изобретение обеспечивает фотогальваническое устройство и способ изготовления такого устройства. Фотогальваническое устройство согласно изобретению включает в себя комбинацию полупроводниковых структур и защитный слой.
Изобретение относится к солнечной энергетике. Способ формирования активной p+-области солнечных элементов включает процесс диффузии бора с применением жидкого источника - треххлористого бора (BCl3). В качестве источника диффузанта используется жидкий источник - треххлористый бор (BCl3) при следующем расходе газов: кислород O2=12 л/ч, азот N2=380 л/ч, N2+H2=380 л/ч, BCl3=2 л/ч, 1000 ppm. Изобретение позволяет получить боросиликатный слой из жидкого источника треххлористого бора (BCl3) c обеспечением уменьшения разброса значений поверхностного сопротивления по кремниевой пластине, снижение температуры и длительности процесса. 3 пр.

При изготовлении фотопреобразователя согласно изобретению на тыльной стороне подложки GaSb n-типа проводимости выращивают методом эпитаксии высоколегированный контактный слой n+-GaSb, а на лицевой стороне подложки - буферный слой n-GaSb. Наносят на лицевую поверхность подложки диэлектрическую пленку. Создают химическим травлением окна в диэлектрической пленке. Легируют диффузией цинка из газовой фазы в квазизамкнутом контейнере поверхностный слой структуры GaSb фотопреобразователя. Удаляют на тыльной стороне подложки p-n-переход. Осаждают тыльный и лицевой контакты и отжигают их. Разделяют структуру травлением на отдельные фотоэлементы и наносят антиотражающее покрытие. Изобретение позволяет увеличить КПД фотопреобразователей на основе GaSb при высоких плотностях падающего излучения. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 пр.

Способ изготовления гетероструктурного солнечного элемента включает выращивание полупроводниковой гетероструктуры на германиевой подложке, создание омических контактов со стороны тыльной поверхности германиевой подложки и со стороны фронтальной поверхности гетероструктуры, нанесение просветляющего покрытия на фронтальную поверхность гетероструктуры, создание разделительной мезы через маску фоторезиста путем травления первой канавки в полупроводниковой гетероструктуре до германиевой подложки. После создания первой канавки осуществляют пассивацию поверхности первой канавки диэлектриком, после чего проводят травление через маску из фоторезиста второй канавки в германиевой подложке глубиной не менее 2 мкм и шириной на 5-10 мкм уже ширины первой канавки и покрывают вторую канавку диэлектриком. Способ согласно изобретению позволяет увеличить выход годных гетероструктурных солнечных элементов и повысить надежность их эксплуатации особенно в условиях космического пространства. 1 з.п. ф-лы, 2 ил., 5 пр.

Изобретение относится к технологии изготовления трехкаскадных фотопреобразователей со встроенным диодом. Согласно изобретению на трехкаскадной полупроводниковой структуре GaInP/GaAs/Ge, выращенной на германиевой подложке с p-AlGaInP слоем потенциального барьера, p++-AlGaAs и n++-GaInP слоями туннельного перехода верхнего каскада, создают фоторезистивную маску с окнами лицевых контактов фотопреобразователя и диода, удаляют в диодном окне маски полупроводниковые слои, причем вытравливают p-AlGaInP слой потенциального барьера полностью или частично в смеси концентрированных соляной и фтористоводородной кислот в количественном соотношении объемных частей 5÷7 и 3÷5 соответственно, p++-AlGaAs слой туннельного перехода удаляют в смеси концентрированных соляной и лимонной (50%) кислот в количественном соотношении объемных частей 6÷10 и 8÷12 соответственно. Технический результат изобретения заключается в повышении однородности и воспроизводимости процесса травления, а также в улучшении параметров встроенного диода. 2 ил., 1 табл.

Изобретение относится к конструкции матричных полупроводниковых фотоприемников и может использоваться для создания многоэлементных фотоприемников различного назначения. Сборка фоточувствительного модуля на растр заключается в том, что приклейку криостойким клеем фоточувствительного модуля осуществляют с помощью многоконтактной зондовой головки с симметричным расположением 2n (n=1, 2…) зондов (обычно из нержавеющей стали), которые находятся точно на контактных площадках БИС считывания, предназначенных для вывода сигналов посредством сварки (обычно золотых) выводов на растр. Поскольку давить на утоньшенный фоточувствительный элемент недопустимо, а осуществлять давление по всей периферийной области небезопасно, так как в этой области находится схема БИС считывания, которую можно повредить, то нагрузку необходимо осуществлять на наиболее защищенные от повреждения области, которыми являются контактные площадки, предназначенные для тестирования БИС считывания и сварки выводов на растр. При типичном количестве контактных площадок (~30 шт.) на БИС считывания приклейку криостойким клеем фоточувствительного модуля, содержащего утоньшенный фоточувствительный элемент, на растр осуществляют с помощью штатного контактного устройства с фиксированным расположением зондов (типично из вольфрама), предназначенного для контроля кристаллов БИС считывания, которое позволяет осуществлять равномерную нагрузку на фоточувствительный модуль с величиной, необходимой для уменьшения клеевого слоя до толщины 3-5 мкм, обеспечивающей прочное соединение криостойким клеем при охлаждении до рабочей температуры жидкого азота. Изобретение позволяет бездефектно и качественно проводить сборку фоточувствительного модуля на растр во время приклейки криостойким клеем. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к радиографии, в частности к системам цифрового изображения в рентгеновских и гамма-лучах с помощью многоканальных полупроводниковых детекторов на основе полуизолирующего арсенида галлия. Предложенные конструкция и способ ее изготовления позволяют реализовать принцип внутреннего усиления в многоканальных полупроводниковых детекторах. Полупроводниковый детектор включает формирование полуизолирующей i-области, которая выполнена на основе арсенида галлия, компенсированного хромом, и металлические контакты к ней, при этом между металлическими контактами и i-областью формируют слой полупроводника, например арсенида индия, толщиной менее диффузионной длины электронов, инжектируемых из металлического контакта в i-область, и понижающий высоту потенциального барьера контакта металл-GaAs до энергии теплового равновесия кристалла, kT. Формирование осуществляют путем нанесения слоя индия поверх металлических контактов к i-области и последующего отжига контактов в условиях, достаточных для проплавления первичного металлического контакта. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 2 ил.
Изобретение относится к технологии изготовления солнечных элементов. Способ согласно изобретению заключается в том, что на поверхности подложки формируют тонкий слой пленки диоксида кремния за счет горения водорода и сухого кислорода в среде азота при расходе газов: N2=450 л/ч; H2=75 л/ч; O2=750±50 л/ч. Температура рабочей зоны 900±10°C. Разброс по толщине пленки диоксида кремния на подложке составил 3,0÷3,5%. Изобретение обеспечивает получение на поверхности подложки однородной и равномерной диэлектрической пленки диоксида кремния при низких температурах. 3 пр.

Изобретение относится к технологии обработки поверхности полупроводниковых пластин, в частности к процессам очистки поверхности пластин между технологическими операциями, для изготовления солнечных элементов. Способ согласно изобретению заключается в том, что с поверхности пластин происходит полное удаление окисла в растворе состоящей из плавиковой кислоты и деионизованной воды, при комнатной температуре раствора. Процесс удаления окисла считается законченным, в том случае, когда раствор скатывается с поверхности обратной стороны кремниевой пластины. Реакция обработки поверхности кремниевой пластины протекает с большой скоростью, длительность процесса составляет не более 20 секунд. При этом не происходит ухудшения качества поверхности кремния. Предлагаемый способ обеспечивает удаление остатков окисла с поверхности обратной стороны перед напылением и способствует улучшению адгезии, благодаря которой увеличивается процент выхода годных кристаллов - 98%. 3 пр.
Изобретение относится к солнечной энергетике. Способ формирования активной n- области солнечных элементов включает процесс образования фосфоросиликатного стекла на поверхности полупроводниковой пластины из газовой фазы, при этом в качестве источника диффузанта используется жидкий источник оксихлорид фосфора (POCl3) при следующем соотношении компонентов: азот N2=280 л/ч, кислород O2=300 л/ч, кислород O2=15 л/ч, азот через питатель N2=14 л/ч. Изобретение обеспечивает возможность проводить процесс диффузии фосфора при температуре 1000°C и получить RS=35±10 Ом/см с обеспечением уменьшения разброса значений поверхностной концентрации по полупроводниковой пластине, снижения длительности и температуры процесса. 3 пр.

Изобретение относится к солнечной энергетике и может быть использовано в электронной промышленности для преобразования световой энергии в электрическую. Способ изготовления многопереходного солнечного элемента согласно изобретению включает последовательное формирование субэлемента из Ge с p-n переходом, первого туннельного диода, субэлемента Ga(In)As с p-n переходом, второго туннельного диода, субэлемента из GaInP с p-n переходом и контактного слоя из GaAs, нанесение тыльного омического контакта р-типа на тыльную сторону субэлемента из Ge и нанесение через первую маску первого омического контакта n-типа на контактный слой GaAs, удаление химическим травлением через вторую маску участков контактного слоя из GaAs, где отсутствует первый омический контакт, и нанесение на эти участки просветляющего покрытия, создание ступенчатой разделительной мезы путем травления через третью маску контактного слоя из GaAs и субэлемента из GaInP на глубину 0,2-0,4 мкм, осаждения через третью маску первого пассивирующего покрытия, вскрытия через четвертую маску первых окон в первом пассивирующем покрытии, осаждения второго омического контакта p-типа на вскрытые первые окна, травления через пятую маску, закрывающую второй омический контакт, субэлемента из GaInP и субэлемента из Ga(In)As до субэлемента из Ge, осаждения через пятую маску второго пассивирующего покрытия, вскрытия через шестую маску вторых окон во втором пассивирующем покрытии, осаждения третьего омического контакта n-типа на вскрытые вторые окна, травления через седьмую маску, закрывающую третий омический контакт, субэлемента из Ge на глубину 2-10 мкм и осаждения через седьмую маску третьего пассивирующего покрытия. Изобретение позволяет изготавливать многопереходный солнечный элемент с повышенной эффективностью преобразования солнечного излучения в электрическую энергию. 3 з.п. ф-лы, 2 ил., 4 пр.
Наверх