Фотодиод для средневолнового инфракрасного излучения

Фотодиод для средневолнового инфракрасного излучения содержит подложку и полупроводниковые слои р- и n-типа проводимости, по крайней мере один из которых выполнен из твердого раствора, содержащего атомы индия, мышьяка, сурьмы, фосфора и примесей, с концентрацией носителей заряда в диапазоне от 1016 до 1018 см-3, слой, примыкающий к вышеупомянутому слою из твердого раствора, выполнен из полупроводника типа A3B5 с противоположным слою из твердого раствора типом проводимости и шириной запрещенной зоны, соразмерной с энергией фотонов вблизи низкоэнергетического края фоточувствительности фотодиода, при этом концентрация носителей заряда на границе слоев р- и n-типа проводимости изменяется плавно в направлении, перпендикулярном вышеупомянутой границе. Фотодиод согласно изобретению обеспечивает фоточувствительность к излучению в средней инфракрасной области спектра и малую барьерную емкость, что важно для регистрации быстропротекающих процессов. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 пр., 7 ил.

 

Изобретение относится к фотонике, а именно к средневолновым инфракрасным (ИК) оптическим устройствам на основе полупроводников A3B5, работающим в первом окне прозрачности атмосферы (3-5 мкм) в составе пирометров [1] и/или газоанализаторов [2]. Первыми по времени представителями таких устройств были источники и приемники излучения из арсенида индия, эволюционировавшие от простых «диффузионных» диодов на основе гомо р-n переходов [3] до свето- и фотодиодов (ФД), в том числе лавинных ФД на основе pin-гомо структур [4] и гетероструктур. Для подобных ФД характерно увеличение вклада поверхностных токов утечки при уменьшении их размеров [5], поэтому задача создания образцов, обладающих одновременно и малой площадью/барьерной емкостью, и высокой обнаружительной способностью, до конца не решена.

В ряде работ утверждается, что применение широкозонного окна из твердого раствора InAsSbP существенным образом снижает поверхностные утечки тока в ФД на основе InAs [6, 7, 8, 9, 10], поэтому многие современные исследования посвящены диодам на основе гетероперехода InAsSbP/InAs, в том числе и направленные на создание термоэлектрических преобразователей [11, 12], радиационных термометров [1, 13, 14] и быстродействующих матриц ФД [15].

Термин «быстродействующие ФД на основе гетероструктур InAsSbP/InAs» требует уточнения, поскольку разные авторы вкладывают несколько разный смысл в это понятие. В [16] под быстродействием ФД из InAs понимается постоянная времени τ=RCo, где R=50 Ом, а Co - барьерная емкость при нулевом смещении. Для ФД диаметром D=0.2-0.3 мм указанная постоянная составляла τ=30-80 нс. Иногда некоторые авторы при оценке потенциальных возможностей ФД ограничиваются лишь приведением значения емкости ФД, так например, при обратном смещении (U=-(0,2-0,4В)) для ФД диаметром ∅=50 мкм емкость составляла С=2-5 пФ [17]. В работе [18] приведено вдвое меньшее, чем в [16], значение постоянной времени (т=15 нс) для ФД на основе p-InAsSbP/n-InAs с сопоставимыми размерами, полученное при измерениях с помощью полупроводникового лазера на основе GaAs. Еще меньшее значение для постоянной времени можно обнаружить в [19] (расчетное значение т=1-6 не для диода площадью 1 мм2), а также в спецификациях серийно выпускаемого фотодиода J12-LD2-R250U из гомо р-n перехода на основе арсенида индия диаметром ∅=250 мкм. Для последнего термин быстродействующий («High-Speed» (т<3 нс)) применен лишь к описанию схемы его включения, а не к прибору в целом [20].

К настоящему времени уже накоплена значительная база данных о вольт-фарадных характеристиках (ВФХ, англ.: C-V) средневолновых ИК ФД [16-20, 21, 22, 23]. Тем не менее, даже для однотипных структур имеется большой разброс значений барьерной емкости и других, важных для применения, параметров ФД. Так, например, при описании результатов измерений барьерной емкости (см., например, [23]) отмечается существенное влияние на нее частоты модуляции; в некоторых других работах частота модуляции, использованная при измерениях, не указывается, что, по-видимому, означает слабую зависимость барьерной емкости от частоты.

Известен фотодиод для средневолнового инфракрасного излучения, включающий подложку из n-InAs и два полупроводниковых слоя р-типа проводимости, выполненные из твердого раствора, содержащего атомы индия, мышьяка, сурьмы, фосфора и примесей и слоя p-InAs, с концентрацией носителей заряда (дырок) в диапазоне от 1016 до 1018 см-3 [23]. В известном решении ФД получали на подложке n-InAs (n=2⋅1016 см-3); методом жидкофазной эпитаксии из расплава выращивали слой Р-InAs1-x-ySbxPy, легированный цинком. В процессе выращивания цинк диффундировал в подложку и образовывал на границе с InAs1-x-ySbxPy слой p-InAs толщиной 5-10 микрон. После проведения фотолитографических процессов и изготовления омических контактов полученный фотодиод освещали со стороны Р-InAs1-x-ySbxPy (конструкция ФД типа FSI - front surface illumination). При этом концентрация легирующей примеси на границе слоев р- и n-типа проводимости изменялась резко (ступенчато) в направлении, перпендикулярном вышеупомянутой границе. Характер распределения примеси вблизи от р-n перехода был определен из вольт-фарадных (C-V) характеристик, измеренных при температурах 300 и 77 К, показавших, что C-V характеристика линеаризуется в координатах (С)-1/3 - V.

Достоинством известного решения является относительная простота процесса получения ФД, являющаяся следствием выращивания всего одного эпитаксиального слоя.

Недостатком является также большая барьерная емкость (316 пФ или 2-4.5 10-7 Ф⋅см-2) и низкая пороговая фоточувтвительность (, 300 К).

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является фотодиод для средневолнового инфракрасного излучения, включающий подложку n*-InAs, полупроводниковый слой р-типа проводимости, выполненный из твердого раствора, содержащего атомы индия, мышьяка, сурьмы, фосфора и примеси цинка (например, Eg=0.57 эВ, 300 К), с концентрацией носителей заряда в диапазоне от 1016 до 1018 см-3, слой, примыкающий к вышеупомянутому твердому раствору p-InAsSbP, выполненный из арсенида индия n-типа с шириной запрещенной зоны (Eg=0.35 эВ, 300 К), соразмерной с энергией фотонов вблизи низкоэнергетического края фоточувствительности (например, Ecut-off=0.34 эВ). При этом концентрация легирующей примеси на границе полупроводниковых слоев р- и n-типа проводимости в перпендикулярном к ним направлении менялась резко [24].

Слои n-Типа в двойной гетероструктуре InAsSbP/InAs/InAsSbP были легированы Sn (n=5⋅1018 см3), слой р-типа был легирован цинком (р=1⋅1018 см-3), а вывод о резком распределении концентрации примеси, вероятнее всего, был получен из вольт-фарадных измерений.

Достоинством известного решения является заявленное авторами совпадение гетерограницы и р-n перехода, при котором «время отклика определяется только RC компонентой … и носители сразу разделяются электрическим полем». При нагрузке в 50 Ом расчетный диапазон времен срабатывания фотодиодов при импульсном воздействии излучения изменялся в диапазоне 1-300 нс.

Недостатком является большая барьерная емкость (см. таблицу 1), не позволяющая реализовать субнаносекундный режим работы ФД. Большие значения барьерной емкости связаны с тем, что в известном фотодиоде имело место резкое изменение концентрации примеси вблизи от р-n перехода, что согласно теории имеет следствием малую толщину слоя объемного заряда [25].

Задачей изобретения является повышение быстродействия средневолнового ИК ФД за счет уменьшения барьерной емкости.

Поставленная цель достигается тем, в фотодиоде для средневолнового инфракрасного излучения, включающем подложку и полупроводниковые слои р- и n-типа проводимости, по крайней мере, один из которых выполнен из твердого раствора, содержащего атомы индия, мышьяка, сурьмы, фосфора и примесей, с концентрацией носителей заряда в диапазоне от 1016 до 1018 см-3, слой, примыкающий к вышеупомянутому твердому раствору, выполненный из полупроводника типа A3B5 с противоположным твердому раствору типом проводимости и шириной запрещенной зоны, соразмерной с энергией фотонов вблизи низкоэнергетического края фоточувствительности фотодиода, а концентрация легирующей примеси на границе слоев р- и n-типа проводимости изменяется плавно в направлении, перпендикулярном вышеупомянутой границе.

Поставленная цель достигается также тем, что подложка выполнена из монокристаллической пластины соединения A3B5. В качестве подложек могут быть использованы ориентированные по кристаллографическим плоскостям пластины InAs, GaSb, GaAs и др. полупроводники. Это удобно для применения, так как толщина эпитаксиальных слоев обычно небольшая (<10 мкм), и подложка необходима для создания механической прочности структуры.

Заявляемое устройство поясняется чертежом, где на Фиг. 1 схематически изображен первый вариант воплощения заявляемого фотодиода в продольном разрезе, в котором два полупроводниковых слоя (1, 2), один из которых расположен на подложке (3), разделены границей 4; при этом к слоям присоединены омические контакты: 5 к слою 2, и 6 к слою 1, например, с помощью припоя (на Фиг. 1 припой обозначен штриховкой, а проводники - изогнутыми линиями). При этом предполагается, что подложка (3) выполнена из материала с низким омическим сопротивлением и хорошей адгезией к полупроводнику (2), а слой (1) с шириной запрещенной зоны, соразмерной с энергией фотонов вблизи низкоэнергетического края фоточувствительности, расположен на освещаемой поверхности фотодиода (поток фотонов обозначен штриховыми стрелками - геометрия FSI). В данном варианте воплощения ФД допускается также, что исходная подложка, использованная в процессе выращивания гетероструктуры, была впоследствии удалена, например, с помощь химического травления. Процедура присоединения окончательной подложки (3) (в данном случае - проводящей) может быть осуществлена с помощью технологии типа «lift-off» (перенос слоев с одной подложки на другую).

Заявляемое устройство поясняется также чертежом на Фиг. 2, где схематически изображен второй вариант воплощения заявляемого фотодиода в продольном разрезе, в котором третий слой (7) присоединен к слою (1) с шириной запрещенной зоны, соразмерной с энергией фотонов вблизи низкоэнергетического края фоточувствительности, а также к подложке (3), прозрачной для излучения в рабочем диапазоне длин волн. Данный вариант воплощения ФД характерен для ФД на основе двойных гетероструктур, например, P-InAsSbP/n-InAs/U-InAsSbP/n+-InAs, в которых подложка (3) выполнена из сильнолегированного арсенида индия с вырождением электронов в зоне проводимости. Под слоями 1, 2, 7 можно также понимать более сложные полупроводниковые структуры, например, сверхрешетки с требуемым значением эффективной ширины запрещенной зоны. Данный вариант воплощения ФД пригоден для работы как при освещении через подложку (тип ФД - BSI), так и при освещении через «верхний» слой (2) (тип ФД - FSI). В последнем случае прозрачность подложки необязательна. При прозрачной подложке создание рельефа на ее тыльной стороне может повысить фоточувствительность в ФД типа FSI [26].

Заявляемое устройство поясняется также чертежом на Фиг. 3, где схематически изображен третий вариант воплощения заявляемого фотодиода в продольном разрезе, в котором подложка (3) имеет контакт со слоем оптического клея (8), который удерживает на ее поверхности оптическую линзу (9), прозрачную для излучения в рабочем диапазоне длин волн. На Фиг. 3 изображена схема, типичная для ФД типа BSI.

Выполнение ФД с концентрацией легирующей примеси на границе полупроводниковых слоев р- и n-типа проводимости, меняющейся плавно в перпендикулярном к ним направлении, обеспечивает увеличенную ширину области объемного заряда по сравнению с фотодиодом с резким изменением концентрации. При прочих равных условиях это обеспечивает меньшую барьерную емкость и в итоге меньшую постоянную времени срабатывания ФД. Помимо этого существенным образом снижаются и туннельные токи, поскольку увеличивается пространственное расстояние между разрешенными для туннелирования состояниями в зонах полупроводника, что положительно сказывается на пороговой фоточувствительности ФД.

ФД работает следующим образом: внешние избыточные фотоны, показанные штриховыми стрелками на Фиг. 1, 2, 3, попадают в слой (1) с шириной запрещенной зоны, соразмерной с энергией фотонов вблизи низкоэнергетического края фоточувствительности и полностью или частично поглощаются в нем, создавая электронно-дырочные пары, которые диффундируют к границе полупроводниковых слоев р- и n-типа проводимости в перпендикулярном к ним направлении. Затем пары попадают в область объемного заряда, где разделяются полем р-n перехода и изменяют на нем падение потенциала. При короткозамкнутой цепи через контакты 5 и 6 течет фототок, который сформирует полезный сигнал. Фототок, обычно пропорциональный количеству поглощенных фотонов, и есть полезный сигнал, используемый для измерений характеристик падающего на ФД излучения. Для практических целей полезный сигнал усиливают с помощью усилителей, например, с помощью трансимпедансных усилителей [27].

Пример 1. Фотодиод изготавливался в ООО «ИоффеЛЕД» на основе одиночной гетероструктуры P-InAsSbP(3 мкм)/n-InAs(350 мкм), полученной методом жидкофазной эпитаксии на подложке n-InAs (111) (n=2⋅1016 см-3) по режимам, близким к описанным в [6] (процесс №262n3). Тип структуры соответствует схеме на Фиг. 1, если принять, что поглощение излучения происходит, в основном, во втором слое (2), а не в первом, как показано на Фиг. 1. При этом подготовка шихты и подложки n-InAs перед эпитаксией, равно, как и формирование р-n перехода при легировании цинком, производились по процедурам, описанным в [28]. Пик фотолюминесценции, измеренный в геометрии «на отражение», имел значение 490 мэВ (77 К), пик от подложки - 410 мэВ (77 К). С помощью методов фотолитографии изготавливались квадратные чипы (А=1.5⋅10-3 см2) с точечным контактом на поверхности P-InAsSbP эпитаксиальной структуры и сплошным контактом к n-InAs. В таблице 2 приведены основные рабочие параметры одного из полученных ФД при облучении со стороны P-InAsSbP при 300 К (геометрия FSI).

Вольт-фарадные характеристики измерялись с помощью измерительного моста Л2-7 на частоте модуляции 465 кГц при минимальной величине амплитуды модуляции напряжения (<15 мВ). На Фиг. 4 представлена температурная зависимость емкости при нулевом смещении (Co/А), где А - площадь активной зоны ФД), а на Фиг. 5 - ее зависимость от напряжения смещения при комнатной температуре в координатах (C-3)-V,

Как видно из Фиг. 5, зависимость емкости от напряжения описывается формулой вида C~V-3, что означает плавность (линейность) изменения концентрации примеси вблизи от р-n перехода [25]. Благодаря этому свойству значение удельной емкости при комнатной температуре (см. Фиг. 4) оказалось меньше, чем величины емкости для аналогичных диодов, опубликованных другими авторами, включая данные для прототипа (см. сравнение с литературными данными на Фиг. 6).

Пример 2. Фотодиод изготавливался в ООО «ИоффеЛЕД» на основе двойной гетероструктуры (ДГС) InAsSbP/InAs, полученной методом жидкофазной эпитаксии, как описано в [29]. Изопериодные с InAs эпитаксиальные структуры (процесс №159) содержали сильнолегированную подложку n+-InAs (100)(n+~1018 см-3) и три эпитаксиальных слоя: 1) широкозонный, специально нелегированный слой твердого раствора N-InAsSbP (≈440 мэВ) толщиной 2-3 мкм, 2) специально нелегированный слой n-InAs толщиной 4-6 мкм, 2) широкозонный (контактный) слой твердого раствора Р-InAsSbP (=480 мэВ) толщиной 2-3 мкм, легированный Zn в процессе роста. Разрывы зон на гетерограницах составляли ΔEc=120 мэВ и ΔEv=-30 мэВ (300 К).

Пространственное расположение границ раздела определялось при измерении тока растекания по методике, предложенной в [30], с помощью проводящего зонда атомно-силового микроскопа INTEGRA Prima с радиусом закругления 100 нм. Схема эксперимента приведена в работе [31]. Топологичесике границы раздела в пределах точности измерений совпадали с границами, выявляющимися из-за различия в проводимости слоев. Топологические границы могут быть обусловлены как остаточными напряжениями, вызванными, например, различием коэффициентов термического расширения составляющих гетероструктуру частей, так и различием в толщине собственного окисла на поверхности InAs и InAsSbP. Значение топологических «ступенек» сопоставимо со значением толщины окисла, определенного в работе [32] для образцов из кремния. Значение тока зонда качественно коррелировало с ожиданиями, основанными на экспериментальных данных об относительно низкой проводимости слоев p-InAsSbP [33] и высокой проводимости подложки n+-InAs. Поэтому изменение типа проводимости слоев происходило вблизи от гетерограницы, т.е. положение р-n перехода практически совпадало с гетерограницей InAsSbP/InAs аналогично данным [34], что согласно [24, 29, 34, 35] положительно сказывается на быстродействии и фоточувствительности.

Образцы после проведения операций фотолитографии и «мокрого» химического травления содержали мезы нескольких типов: диаметром 90, 170 и 260 мкм, при этом общая высота мез, составляла ~15 мкм (по принятой терминологии образцы имели «глубокие» мезы). Отражающие подковообразные контакты на основе Cr-Au1-wZnw-Ni-Au формировались на подложке n+-InAs методом термического испарения металлов в вакууме и дополнительно «усиливались» при последующем электрохимическом осаждении золота общей толщиной 2-3 мкм. Дисковые контакты к слоям InAsSbP р-типа проводимости были изготовлены на основе сплава Ag+Mn. При этом расстояние между краями контакта и мезы составляло не более 5 мкм. Исследовались как несмонтированные чипы, так и ФД, собранные по методу флип-чип, т.е. с вводом излучения через подложку n+-InAs (геометрия BSI). Фоточувствительность измерялась с помощью модели черного тела с температурой 573 К. Вольт-фарадные характеристики были изучены с помощью измерителя Е4981А.

На Фиг. 7 приведены данные измерений зависимости барьерной емкости при комнатной температуре и частоте 2 МГц от напряжения смещения для двух образцов с разным размером мезы. Из Фиг. 7 видно, что эта зависимость хорошо спрямляется в координатах (1/C)3-V. Кроме этого в других измерениях выяснилось, что емкость не менялась при изменении частоты в диапазоне от 1 до 2000 кГц [29]. В соответствии с теорией полупроводниковых диодов [25] указанные выше факты свидетельствовали о том, что р-n переход являлся «плавным», а точнее, имел линейное по координате изменение концентрации легирующей примеси. Численное моделирование показало, что значения концентрации носителей на границах слоя объемного заряда менялись в пределах 3⋅1015-6⋅1015 см-3. Плавное изменение концентрации примеси имело следствием низкое удельной (на единицу площади) барьерной емкости, значение которой приведены на Фиг. 7 для двух температур 77 и 300 К. Там же для сравнения приведены данные для ФД известной конструкции, т.е. в ФД с резким р-n переходом (со ступенчатым изменением концентрации примеси и номинально с тем же, что и в заявляемом ФД, химическим составом слоев). Видно, что заявляемый ФД имеет меньшую емкость, а значит, существенно превосходит по быстродействию известные из литературы аналоги, включая прототип. Постоянная времени RCo цепочки, оцененная для ФД с диаметром площадки 90 мкм, составила t=RCo=300 пс (300 К) и 75 пс (77 К) для стандартного нагрузочного сопротивления 50 Ω. Поскольку полученные значения сопоставимы с постоянной времени для ФД на основе GaInAsSb/GaAIAsSb (λ0.1=2.4 мкм) и значительно меньше, чем в ФД на основе InAs/InAsSbP (λ0.1=3.8 мкм), приведенных в [16], то заявленные ФД на основе плавного р-n перехода можно, по-видимому, отнести к классу быстродействующих ФД. При приложении смещения значения постоянной времени будут, естественно, уменьшаться.

Заявленный ФД также имел низкие темновые токи (8-10-6 А/см2, Vbias=-0.5 В, 164 К), обеспечивающие BLIP режим работы при температурах ниже 150 К( FOV).

Пример 3. Фотодиод изготавливался так же, как и в примере 2, но высота мез травления была всего 6 мкм, и катод был расположен на поверхности слоя N-InAsSbP, вскрытого после травления. После монтажа чипа его края зарывались химически стойким лаком так, что незащищенной поверхностью была лишь поверхность подложки n+-InAs. После полимеризации лака подложка удалялась с помощью селективного химического травления. В полученной (итоговой) конструкции роль подложки выполняла плата, на которую был смонтирован чип. После удаления подложки основные характеристики ФД сохранились на прежнем уровне, при этом ФД имел наименьшую среди опубликованных ФД на основе InAsSbP/InAs удельную емкость.

Литература

1. S.E. Aleksandrov, G.A. Gavrilov, A.A. Kapralov and G. Yu. Sotnikova, «Threshold sensitivity of the mid-IR sensors», Physics Procedia, 73, 177-182 (2015).

2. G.Y. Sotnikova, S.E. Aleksandrov G.A. Gavrilov, "Performance analysis of diode optopair gas sensors", Proc. of SPIE Vol. 7356, pp. 7356-69 (2009).

3. Н.П. Есина, H.B. Зотова и Д.Н. Наследов, Радиотехника и электроника, т. 8, 1602 (1963).

4. Ian С. Sandall, Shiyong Zhang, and Chee Hing Tan, Linear array of InAs APDs operating at 2 μm OPTICS EXPRESS 25780, Vol. 21, No. 22 | DOI: 10.1364/OE.21.025780 | (2013).

5. P.J. Ker, A.R.J. Marchall, J.P.R. David, C.H. Tan, «Low noise high responsivity InAs electron avalanche photodiodes for infrared sensing», Phys.Status Solidi C9, 310-313 (2012) / DOI 10.1002/ pssb.201100277.

6. A.B. Пенцов, С.В. Слободчиков, Н.М. Стусь и Г.М. Филаретова, авторское свидетельство №1840979 по заявке №3207490/31-26 на «Способ получения фотодиодов» с приоритетом от 15.08.1988.

7. X.Y. Gong, Т. Yamaguchi, Н. Kan, Т. Makino, Т. lida, Т. Kato, М. Aoyama, Y. Hayakawa and M. Kumagawa «Room Temperature InAsxP1-x-ySby/InAs Photodetectors with High Quantum Efficiency)), J. Appl. Phys. 36, 2614-2616 (1997).

8. Андрушко А.И., Пенцов A.B., Салихов X.M., Слободчиков С.В., «Произведение RoA в InAs р-n переходах», ФТП, 25, в. 10, 1685-1689 (1991).

9. X.Y. Gong, Т. Yamaguchi, Н. Kan, Т. Makino, Т. Iida, Т. Kato, М. Aoyama, Y. Suzuki, N. Sanada, Y. Fukuda, M. Kumagawa, "Influence of Sulphidation Treatment on the Performance of Mid-Infrared InAsPSb/InAs Detectors", Jap. J. Appl. Phys., 37, 55-58 (1998).

10. Шерстнев B.B., Чарыков Н.А., Семенов К.Н., Алексеев Н.И., Кескинов В.А., Крохина О.А., «Тяжелые фуллерены для полупроводниковых фотодиодов на длины волн 1.5-5.0 мкм», Ж. физ. хим., т. 85, 6 страницы: 1116-1121 (2011).

11. Gevorkyan V.A. // J. of Crystal Growth. 2003. V. 249. P. 149.

12. A. KRIER, M. YIN, A.R.J. MARSHALL, S.E. KRIER, «Low Bandgap InAs-Based Thermophotovoltaic Cells for Heat-Electricity Conversion», Journal of ELECTRONIC MATERIALS DOI: 10.1007/s11664-016-4373-0.

13. G. Yu. Sotnikova, S.E. Aleksandrov, G.A. Gavrilov, A.A. Kapralov, B.A. Matveev, M.A. Remennyi, M. Saadaoui, D. Zymelka, «Radiometric temperature measurements using In(Ga)As(Sb) backside illuminated photodiodes», Freiburg Infrared Colloquium, 2-4 March 2015, pp. 89-90.

14. Xinxin Zhou, Xiao Meng, Andrey B. Krysa, Jon R. Willmott, Jo Shien Ng, and Chee Hing Tan, «InAs Photodiodes for 3.43 um Radiation Thermometry», IEEE SENSORS JOURNAL, VOL. 15, NO. 10, OCTOBER 2015, 5555-5560 (2015).

15. Н.Д. Ильинская, С.А. Карандашев, Н.Г. Карпухина, А.А. Лавров, Б.А. Матвеев, М.А. Ременный, Н.М. Стусь, А.А. Усикова, «Диодные матрицы формата 3×3 на основе одиночных гетероструктур р-InAsSbP/n-InAs», Прикладная физика, №6, стр. 47-51 (2014).

16. Yu. P. Yakovlev, I.A. Andreev, S. Kizhayev, E.V. Kunitsyna, M.P. Mikhailova, «High-speed photodiodes for 2.0-4.0 μm spectral range», Proc. of SPIE Vol.6636, 66360D-66360D-13, (2007), doi: 10.1117/12.742322.

17. Andreev I.A., Serebrennikova O. Yu., Sokolovskii G.S. et al. Ultrafast (bandwidth 2-10 GHz) photodiodes for the 1.3-3.8 micron spectral range. - Book of Abstracts, "Mid-IR Optoelectronics: Materials and Devices, MIOMD 2014: October 5-9, 2014, Montpellier, France.

18. Сукач A.B., Тетеркин В.В., Старый СВ. и др. Неохлаждаемые p-InAsSbP/n-InAs фотодиоды для оптоэлектронных сенсоров. - Тезисы докладов на XVIII Международной конференции по фотоэлектронике и приборам ночного видения, 25-28 мая 2004 года, Москва, стр. 29.

19. Кижаев С.С., Михайлова М.П., Молчанов С.С.и др. Выращивание InAs фотодиодных структур из металлорганических соединений. - ПЖТФ,, 24 (7), 1-7 (1999).

20. Indium Arsenide Detectors, Judson Technologies LLC, www.judsontechnologies.com.

21. А.В. Сукач, В.В. Тетеркин, Н.В. Зотова, С.А. Карандашев, Б.А. Матвеев, М.А. Ременный, Н.М. Стусь, Г.Н. Талалакин "Неохлаждаемые фотодиоды p+-InAsSbP/n-InAs для использования в оптоэлектронных сенсорах метана", Оптоэлектроника и полупроводниковая техника, вып. 37, стр. 215-219 (2002).

22. В.А. Matveev, A.V. Ankudinov, N.V. Zotova, S.A. Karandashev, T.V. L'vova, M.A. Remennyy, A. Yu. Rybal'chenko, N.M. Stus', "Properties of mid-IR diodes with n-InAsSbP/n-InAs interface", Proc. SPIE, v.7597, страницы: #75970G- (2010).

23. M. Ahmetoglu (Afrailov), «Photoelectrical characteristics of the InAsSbP based uncooled photodiodes for the spectral range 1.6-3.5 μm», Infrared Phys. Technol., 53 29-32 (2010).

24. Андреев И.А., Серебренникова О.Ю., Ильинская H.Д., Пивоварова А.А., Коновалов Г.Г., Куницына Е.В., Шерстнев В.В., Яковлев Ю.П. «Фотоэлектрические свойства фотодиодов на основе гетероструктур InAs/InAsSbP с диаметрами фоточувствительной площадки 0.1-2.0 мм», ФТП, 49(12), 1720 (2015).

25. Зи С., «Физика полупроводниковых приборов» т. 1,, пер. под ред. Р.А. Суриса, Москва. Мир. 1984.

26. Е.А. Гребенщикова, Д.А. Старостенко, В.В. Шерстнев, Г.Г.Коновалов, И.А.Андреев, О.Ю. Серебренникова, Н.Д. Ильинская, Ю.П. Яковлев, «Полупроводниковый приемник инфракрасного излучения», Патент РФ #2488916 с приоритетом от 27 июля 2013.

27. Гаврилов Г.А., Матвеев Б.А., Сотникова Г.Ю., «Предельная чувствительность фотоприемного устройства на основе фотодиодов А3В5 среднего ИК-диапазона спектра», Письма ЖТФ, 37 (18), 50-57 (2011).

28. М. Айдаралиев, Н.В. Зотова, С.А. Карандашев, Б.А. Матвеев, М.А. Ременный, Н.М. Стусь, Г.Н. Талалакин, В.В. Шустов, В.В. Кузнецов, Е.А. Когновицкая, "Изопериодные структуры GalnPAsSb/InAs для приборов инфракрасной оптоэлектроники " ФТП, 36 (8), 1010-1015 (2002).

29. P.N. Brunkov, N.D. Il'inskaya, S.A. Karandashev, N.G. Karpukhina, A.A. Lavrov, B.A. Matveev, M.A. Remennyi a, N.M. Stus', A.A. Usikova, "Low dark current P-InAsSbP/n-InAs/N-InAsSbP/n+-InAs double heterostructure back-side illuminated photodiodes", Infrared Physics and Technology (2016), pp. 542-545, DOI information: 10.1016/j.infrared.2016.04.002.

30. S.B. Kuntze, D. Ban, E.H. Sargent, Critical Reviews in Solid State and Materials Sciences, No 30, 71-124 (2005).

31. P.N. Brunkov, N.D. Il'inskaya, S.A. Karandashev, N.M. Latnikova, A.A. Lavrov, B.A. Matveev, A.S. Petrov, M.A. Remennyi, E.N. Sevostyanov, N.M. Stus', «P-InAsSbP/no-InAs/n+-InAs photodiodes for operation at moderate cooling (150-220 K)», ФТП, 48 (10). Стр. 1394-1397 (2014)

32. Maslova O.A., Alvarez J., Gushina E.., Favre W., Gueunier Farret, M.E., Gudovskikh A. S., Ankudinov A.V., Terukov E.I. and Kleider J.P., "Observation by conductive-probe atomic force microscopy of strongly inverted surface layers at the hydrogenated amorphous silicon/crystalline silicon heterojunctions". Applied Physics Letters, 97, 252110 (2010).

33. C.A. Карандашев, Б.А. Матвеев, В.И. Ратушный, М.А. Ременный, А.Ю. Рыбальченко, Н.М. Стусь «Вольт-амперные характеристики и сбор фототока в радиально симметричных поверхностно облучаемых фотодиодах на основе InAsSb(P)», Журнал технической физики, 2014, том 84, вып. 11, стр. 52-57.

34. М.А. Ременный, П.Н. Брунков, Н.Д. Ильинская, С.А. Карандашев, Н.Г. Карпухина, А.А. Лавров, Б.А. Матвеев, Н.М. Стусь, А.А. Усикова, «Фотоэлектрические свойства средневолновых ИК фотодиодов на основе двойных гетероструктур P-InAsSbP/n-InAs/N-InAsSbP с плавным р-n переходом», труды 24-ой Международной научно-тех. конф. по фотоэлектронике и приб. ночного видения, 24-27 мая 2016 года, Москва.

35. P.N. Brunkov, N.D. ll'inskaya, S.A. Karandashev, A.A. Lavrov, B.A. Matveev, M.A. Remennyi, N.M. Stus', A.A. Usikova, "P-InAsSbP/n-InAs single heterostructure back-side illuminated 8×8 photodiode array», Infrared Physics & Technology 78 (2016) 249-253, http://dx.doi.org/10.1016/j.infrared.2016.08.013.

1. Фотодиод для средневолнового инфракрасного излучения, включающий подложку и полупроводниковые слои р- и n-типа проводимости, по крайней мере один из которых выполнен из твердого раствора, содержащего атомы индия, мышьяка, сурьмы, фосфора и примесей, с концентрацией носителей заряда в диапазоне от 1016 до 1018 см-3, слой, примыкающий к вышеупомянутому твердому раствору, выполнен из полупроводника типа A3B5 с противоположным твердому раствору типом проводимости и шириной запрещенной зоны, соразмерной с энергией фотонов вблизи низкоэнергетического края фоточувствительности фотодиода, отличающийся тем, что концентрация носителей заряда на границе слоев р- и n-типа проводимости изменяется плавно в направлении, перпендикулярном вышеупомянутой границе.

2. Фотодиод по п. 1, отличающийся тем, что подложка выполнена из монокристаллической пластины соединения A3B5.



 

Похожие патенты:

Фотодиод для средневолнового инфракрасного излучения содержит подложку и полупроводниковые слои р- и n-типа проводимости, по крайней мере один из которых выполнен из твердого раствора, содержащего атомы индия, мышьяка, сурьмы, фосфора и примесей, с концентрацией носителей заряда в диапазоне от 1016 до 1018 см-3, слой, примыкающий к вышеупомянутому слою из твердого раствора, выполнен из полупроводника типа A3B5 с противоположным слою из твердого раствора типом проводимости и шириной запрещенной зоны, соразмерной с энергией фотонов вблизи низкоэнергетического края фоточувствительности фотодиода, при этом концентрация носителей заряда на границе слоев р- и n-типа проводимости изменяется плавно в направлении, перпендикулярном вышеупомянутой границе. Фотодиод согласно изобретению обеспечивает фоточувствительность к излучению в средней инфракрасной области спектра и малую барьерную емкость, что важно для регистрации быстропротекающих процессов. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 пр., 7 ил.

Наверх