Способ изготовления свч фотодетектора



Способ изготовления свч фотодетектора
Способ изготовления свч фотодетектора
H01L31/1844 - Полупроводниковые приборы, чувствительные к инфракрасному излучению, свету, электромагнитному, коротковолновому или корпускулярному излучению, предназначенные либо для преобразования энергии такого излучения в электрическую энергию, либо для управления электрической энергией с помощью такого излучения; способы или устройства, специально предназначенные для изготовления или обработки таких приборов или их частей; конструктивные элементы приборов (H01L 51/00 имеет преимущество; приборы, состоящие из нескольких компонентов на твердом теле, сформированных на общей подложке или внутри нее, кроме приборов, содержащих чувствительные к излучению компоненты, в комбинации с одним или несколькими электрическими источниками света H01L 27/00; кровельные покрытия с приспособлениями для размещения и использования устройств для накопления или концентрирования энергии E04D 13/18; получение тепловой энергии с

Владельцы патента RU 2676185:

Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ (RU)

Изобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано для создания мощного СВЧ фотодетектора на основе эпитаксиальных структур GaAs/AlxGa1-xAs, чувствительных к излучению на длине волны 810-860 нм. Способ заключается в создании многослойной структуры из системы чередующихся слоев AlxGa1-xAs и GaAs на подложке GaAs n-типа, создании широкозонного окна AlxGa1-xAs на поверхности многослойной структуры, формировании контактного слоя GaAs р-типа на поверхности широкозонного окна, создании фронтального и тыльного омических контактов, формировании просветляющего покрытия, проведении пассивации боковой поверхности меза-структуры. Шину фронтального омического контакта выполняют в виде усеченной пирамиды с широким тыльным основанием и зеркальной боковой поверхностью. Изобретение обеспечивает снижение омических потерь и потерь на затенение фоточувствительной области фотодетектора путем создания контактных шин в виде усеченных пирамид с широким основанием и с зеркальными боковыми стенками, увеличение рабочей мощности фотодетектора, снижение токов утечки по боковой поверхности фотодетектора. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано для создания мощного СВЧ фотодетектора на основе эпитаксиальных структур GaAs/AlxGa1-xAs, чувствительных к излучению на длине волны 810-860 нм.

Известен способ изготовления фотодетектора на основе эпитаксиальных структур InGaAs/InP, чувствительного в ИК диапазоне (см. заявку US №2014/0264275 A1, H01L 31/02, опубликована 18.09.2014). Фотодетектор включает: подложку, канал транзистора, исток транзистора и сток транзистора, расположенные на фронтальной поверхности структуры; исток и сток транзистора, расположенные на обратной стороне канала транзистора, барьер, расположенный на канале, и светочувствительный слой, расположенный на барьере. Светочувствительный слой необходим для поглощения света. При падении света на светочувствительный слой, сопротивление канала проводимости меняется при туннелировании носителей из светочувствительного слоя в канал.

Недостатком данного способа изготовления СВЧ фотодетектора является использование материалов InGaAs/InP, нечувствительных к излучению на длине волны 810-860 нм.

Известен способ изготовления фотодетектора на основе эпитаксиальных структур GaAs/AlxGa1-xAs, чувствительных к ИК-излучению (см. заявку RU №2022411, МПК H01L 31/101, опубликована 30.10.1994). Данный фотодетектор на основе полупроводниковой структуры с квантовыми ямами включает подложку из полуизолирующего GaAs с буферным слоем 1-GaAs, первый контактный слой n-GaAs, систему чередующихся слоев AlxGa1-xAs и GaAs, причем в один из материалов системы чередующихся слоев введена примесь кремния до уровня легирования 2*1018 см-3, и второй контактный слой n-GaAs, примесь кремния введена в слой AlxGa1-xAs в виде моноатомного слоя, расположенного на расстоянии, не большем Дебаевской длины экранирования от одной из границ раздела чередующихся слоев.

Недостатком данного способа изготовления СВЧ фотодетектора является отсутствие процесса усовершенствования пост-ростовой технологии создания омических контактов, что ведет к увеличению затенения фоточувствительной поверхности фотодетектора и снижению КПД.

Известен способ изготовления фотодетектора на основе эпитаксиальных структур GaAs/AlxGa1-xAs, чувствительных к ИК-излучению (см. заявку RU №2318272, МПК H01L 31/18, опубликована 27.02.2008). Для изготовления фотоприемника эпитаксиальную пластину n-InP/n-In0,53Ga0,47As/n+-InP, содержащую эпитаксиальные слои n-InP/n-In0,53Ga0,47As и подложку n+-InP, покрывают пленкой нитрида кремния как со стороны эпитаксиального слоя n-InP, так и со стороны подложки n+-InP. Фотолитографическим способом вскрывают окна под диффузию с помощью плазменно-химического травления в пленке нитрида кремния со стороны эпитаксиальных слоев n-InP/n-In0,33Ga0,47As и формируют метки для дальнейшего совмещения рисунков фотошаблонов со стороны подложки n+-InP. В эпитаксиальных слоях n-InP/n-In0,53Ga0,47As формируют локальный p-n-переход диффузией кадмия в запаянной откачной ампуле из источника Cd3P2. Пластину n-InP/n-In0,33Ga0,47As/n+-InP покрывают вторым слоем пленки Si3N4 со стороны эпитаксиальных слоев n-InP/n-In0,53Ga0,47As. Вскрывают контактные окна во втором слое пленки Si3N4 и создают омические контакты Au/Ti к p+-областям. Фотолитографическим способом в пленке Si3N4 со стороны подложки n+-InP вскрывают окна под контакт к области n+-InP с помощью плазмо-химического травления, при этом над областью p-n-переходов остается пленка Si3N4, которая служит просветляющим покрытием. Напыляют в вакууме золото с подслоем титана, так что образуется металлизация для контакта к подложке n+-InP. Фотолитографическим способом в пленке золота с подслоем титана вытравливают рисунок, который с одной стороны является контактным и обеспечивает омический контакт к подложке n+-InP, а с другой стороны формирует диафрагму, ограничивающую область засветки только областью пространственного заряда многоэлементного фотоприемника. Изобретение обеспечивает увеличение быстродействия фоточувствительного элемента за счет устранения возможности засветки необедненной n-области при планарной технологии изготовления многоэлементного фотоприемника.

Недостатком данного способа изготовления СВЧ фотодетектора является небольшая толщина омических контактов, ограниченная технологическими особенностями напылительного процесса металлизации, что приводит к снижению рабочей мощности фотодетектора и к снижению КПД.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению по совокупности существенных признаков является способ изготовления фотодетектора на основе GaAs (см. заявку RU №2547004, H01L 31/18, опубликована 26.11.2013), принятый за прототип. Способ изготовления фотопреобразователя на основе GaAs включает последовательное выращивание методом жидкофазной эпитаксии на подложке n-GaAs буферного слоя n-GaAs, базового слоя n-GaAs, эмиттерного слоя p-GaAs и слоя p-AlGaAs с содержанием Al в твердой фазе от 30-40 ат. % в начале роста слоя и при содержании Al в твердой фазе 10-15 ат. % в приповерхностной области слоя, а также осаждение тыльного контакта и лицевого контакта. На лицевую поверхность подложки наносят антиотражающее покрытие. Способ безопасен и позволяет с меньшими затратами совместить в одном слое функции широкозонного окна и контактного слоя, что приводит к увеличению КПД преобразования узкополосного, в частности лазерного излучения.

Недостатком данного способа изготовления СВЧ фотодетектора является отсутствие процесса усовершенствования пост-ростовой технологии создания омических контактов, что ведет к увеличению затенения фоточувствительной поверхности фотодетектора и снижению КПД. Также недостатком является отсутствие диэлектрического покрытия на боковой поверхности меза-структуры, что приводит к дополнительным утечкам p-n-перехода.

Задачей данного изобретения является усовершенствование системы омических контактов с целью снижения омических потерь и потерь на затенение фоточувствительной области фотодетектора путем создания контактных шин в виде усеченных пирамид с зеркальными боковыми стенками; увеличение рабочей мощности фотодетектора за счет создания омических контактов толщиной 4-6 мкм; снижение токов утечки по боковой поверхности фотодетектора путем пассивации боковой поверхности меза-структуры нанесением защитного диэлектрического покрытия.

Поставленная задача достигается тем, что способ изготовления СВЧ фотодетектора включает создание многослойной структуры из системы чередующихся слоев AlxGa1-xAs и GaAs на подложке GaAs n-типа, создание широкозонного окна AlxGa1-xAs на поверхности многослойной структуры, формирование контактного слоя GaAs р-типа на поверхности широкозонного окна, создание фронтального и тыльного омических контактов, нанесение просветляющего покрытия. Новым в способе является то, что шины фронтального омического контакта выполняют в виде усеченных пирамид с широким тыльным основанием, с зеркальной боковой поверхностью, формирование просветляющего покрытия на поверхности широкозонного окна AlxGa1-xAs осуществляют с предварительной обработкой поверхности методом ионно-лучевого травления, на боковой поверхности меза-структуры осуществляют формирование пассивирующего диэлектрического покрытия.

Шины фронтального омического контакта в виде усеченных пирамид могут быть выполнены шириной 4-6 мкм и толщиной 4-6 мкм.

Шины фронтального омического контакта могут иметь шаг расположения 25-50 мкм.

Создание фронтального омического контакта в виде усеченных пирамид шириной 4-6 мкм и толщиной 4-6 мкм с широким тыльным основанием, расположенных с шагом 25-50 мкм, позволяет снизить омические и оптические потери. Уменьшение шага расположения шин омического контакта до 25-50 мкм позволяет снизить омические потери при увеличении рабочего тока, за счет снижения растекания тока. Конфигурация контактных шин в виде усеченных пирамид с широким тыльным основанием и зеркальной боковой стенкой позволяет снизить оптические потери за счет того, что падающее излучение отражается от зеркальной боковой поверхности контактных шин и падает на светочувствительную поверхность. Увеличение толщины контактных шин до 4-6 мкм позволяет увеличить максимальную рабочую мощность СВЧ фотодетектора. Минимальная ширина контактных шин 4 мкм обусловлена технологическими особенностями пост-ростовой обработки структур. Ширина контактных шин не более 6 мкм позволяет снизить оптические потери за счет снижения области затенения фоточувствительной поверхности фотодетектора.

Формирование просветляющего покрытия на поверхности широкозонного окна AlxGa1-xAs с предварительной обработкой поверхности методом ионно-лучевого травления позволяет увеличить адгезию просветляющего покрытия к поверхности структуры за счет удаления естественного окисла.

Создание защитного диэлектрического покрытия на боковой поверхности меза-структуры приводит к снижению токов утечки по боковой поверхности p-n перехода, увеличивает надежность и срок службы СВЧ фотодетектора.

Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 приведена схема СВЧ фотодетектора;

на фиг. 2 изображена шина фронтального омического контакта, имеющая в сечении вид трапеции с широким тыльным основанием, прилегающим к фронтальной поверхности структуры.

На фиг. 1-2 указаны: 1 - многослойная структура, 2 - подложка GaAs, 3 - широкозонное окно AlxGa1-xAs, 4 - контактный слой GaAs, 5 - просветляющее покрытие, 6 - омический контакт, 7 - напыленный тонкий слой контактных материалов, 8 - электрохимически осажденнный толстый слой контактного материала.

Заявляемый способ создания СВЧ фотодетектора проводят в несколько стадий. Создают многослойную структуру 1 из системы чередующихся слоев AlxGa1-xAs и GaAs (см. фиг. 1) на подложке GaAs n-типа 2, создают широкозонное окно AlxGa1-xAs 3 на поверхности многослойной структуры, создают контактный слой GaAs p-типа 4, обладающий электрической проводимостью на поверхности окна. Далее проводят локальное удаление контактного слоя GaAs 4 для открытия части нижележащего слоя 3, и осуществляют дополнительную очистку поверхности слоя широкозонного окна 3 методом ионно-лучевого травления. Затем осаждают просветляющее покрытие 5 на вышеуказанной открытой части слоя 3.

Создают омические контакты 6 из материалов, обладающих электрической проводимостью на поверхности оставшейся части контактного слоя и на тыльной поверхности подложки GaAs 2, в два этапа. Проводят напыление тонкого слоя контактных материалов 7, толщиной 0,2-0,4 мкм. Проводят вжигание при температуре 360-370°С в течение 10-60 с. Осуществляют электрохимическое осаждение толстого слоя контактных материалов 8 (см. фиг. 1, 2, 3), толщиной 4-6 мкм, при этом контактные шины имеют в сечении вид трапеций с широким тыльным основанием, прилегающим к фронтальной поверхности структуры и с зеркальными боковыми стенками.

Далее осуществляют формирование меза-структуры методом жидкостного химического травления и осуществляют осаждение защитного пассивирующего диэлектрического покрытия на боковую поверхность меза-структуры.

Пример 1.

Были получены СВЧ фотодетекторы в несколько стадий. Создана многослойная структура из системы чередующихся слоев AlxGa1-xAs и GaAs на подложке GaAs n-типа. Создано широкозонное окно AlxGa1-xAs на поверхности многослойной структуры, создан контактный слой GaAs p-типа, обладающий электрической проводимостью на поверхности окна. Проведено локальное удаление контактного слоя GaAs для открытия части нижележащего слоя широкозонного окна. Осуществлена дополнительная очистка поверхности слоя широкозонного окна методом ионно-лучевого травления. Проведено осаждение просветляющего покрытия на вышеуказанной открытой части широкозонного окна.

Созданы омические контакты из материалов, обладающих электрической проводимостью на поверхности оставшейся части контактного слоя и на тыльной поверхности подложки GaAs, в два этапа. Проведено напыление тонкого слоя контактных материалов AgMn/Ni/Au толщиной 0,2 мкм на поверхность контактного слоя. Проведено напыление тонкого слоя Au(Ge)/Ni/Au толщиной 0,2 мкм на тыльную поверхность подложки GaAs. Проведено вжигание при температуре 360°С в течение 10 с. Осуществлено электрохимическое осаждение толстого слоя контактных материалов Ag/Ni/Au, толщиной 4 мкм, контактные шины выполнены в виде усеченных пирамид с широким тыльным основанием, прилегающим к фронтальной поверхности структуры и с зеркальными боковыми стенками.

Осуществлено формирование меза-структуры методом жидкостного химического травления и проведено осаждение защитного пассивирующего диэлектрического покрытия Si3N4 на боковую поверхность меза-структуры.

Пример 2.

Были получены СВЧ фотодетекторы способом, приведенным в примере 1 со следующими отличительными признаками. Фронтальный омический контакт на поверхности контактного слоя GaAs выполнен путем напыления слоев Cr/Au толщиной 0,3 мкм. Тыльный омический контакт выполнен путем напыления Au(Ge)/Ni/Au толщиной 0,3 мкм. Проведено вжигание при температуре 370°С в течение 60 с. Осуществлено электрохимическое осаждение толстого слоя контактных материалов Ag/Ni/Au, толщиной 6 мкм, контактные шины выполнены в виде усеченных пирамид с широким тыльным основанием, прилегающим к фронтальной поверхности структуры и с зеркальными боковыми стенками.

Пример 3.

Были получены СВЧ фотодетекторы способом, приведенным в примере 1 со следующими отличительными признаками. Фронтальный омический контакт на поверхности контактного слоя GaAs выполнен путем напыления слоев Cr/Au толщиной 0,4 мкм. Тыльный омический контакт выполнен путем напыления Au(Ge)/Ni/Au толщиной 0,4 мкм. Проведено вжигание при температуре 360°С в течение 60 с. Осуществлено электрохимическое осаждение толстого слоя контактных материалов Ag/Ni/Au, толщиной 5 мкм, контактные шины выполнены в виде усеченных пирамид с широким тыльным основанием, прилегающим к фронтальной поверхности структуры и с зеркальными боковыми стенками.

Результатом процесса изготовления СВЧ фотодетектора стало увеличение эффективности за счет усовершенствования системы омических контактов, снижения омических потерь и потерь на затенение фоточувствительной области фотодетектора за счет создания контактных шин в виде усеченных пирамид с зеркальными боковыми стенками; увеличение рабочей мощности фотодетектора за счет создания омических контактов толщиной 4-6 мкм; снижение токов утечки по боковой поверхности фотодетектора за счет пассивации боковой поверхности меза-структуры нанесением защитного диэлектрического покрытия.

1. Способ изготовления СВЧ фотодетектора, включающий создание многослойной структуры из системы чередующихся слоев AlxGa1-xAs и GaAs на подложке GaAs n-типа, создание широкозонного окна AlxGa1-xAs на поверхности многослойной структуры, формирование контактного слоя GaAs p-типа на поверхности широкозонного окна, создание фронтального и тыльного омических контактов, нанесение просветляющего покрытия, отличающийся тем, что шины фронтального омического контакта выполняют в виде усеченных пирамид с широким тыльным основанием, с зеркальной боковой поверхностью, проводят обработку поверхности широкозонного окна AlxGa1-xAs методом ионно-лучевого травления непосредственно перед осаждением просветляющего покрытия, осуществляют формирование пассивирующего диэлектрического покрытия на боковой поверхности меза-структуры.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что шины фронтального омического контакта выполняют в виде усеченных пирамид шириной 4-6 мкм и толщиной 4-6 мкм.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что шины фронтального омического контакта имеют шаг расположения 25-50 мкм.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к солнечной энергетике и может быть использовано для снабжения потребителей электроэнергией и горячей водой. Комбинированная гелиоколлекторная установка содержит корпус с крышкой, прозрачное покрытие, теплоизолирующий слой, защитный кожух.

Изобретение может быть использовано для создания мощных СВЧ фотодетекторов на основе эпитаксиальных структур GaAs/AlxGa1-xAs, чувствительных к излучению на длине волны 810-860 нм.

Изобретение относится к технологиям формирования базовых слоев тонкопленочных фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) на основе CdTe. Способ изготовления в квазизамкнутом объеме базовых слоев гибких фотоэлектрических преобразователей на основе CdTe, в котором расстояние от зоны испарения теллурида кадмия до зоны его конденсации соизмеримо с диаметром реактора.

Изобретение относится к кремниевым полупроводниковым технологиям, в частности к кремниевым фотовольтаическим преобразователям, изготовленным по гетероструктурной технологии.

Изобретение относится к технике преобразования световой энергии в электрическую. Оптопара содержит источник света, фотопреобразователь, корпус.

Изобретение относится к устройствам для преобразования электромагнитной энергии в электрическую энергию Устройство преобразователя мощности лазерного излучения «ПМЛИ» для приема падающего электромагнитного излучения на длине волны примерно 1550 нм, содержащее подложку, содержащую InP; и активную область, содержащую n-легированный слой и p-легированный слой, причем эти n-легированный и p-легированный слои образованы из InyGa1-yAsxP1-x, согласованного по параметрам решетки с подложкой и выполненного с возможностью поглощать фотоны электромагнитного излучения с соответствующей длиной волны примерно 1550 нм, где x=0,948, 0,957, 0,965, 0,968, 0,972 или 0,976, а y=0,557, 0,553, 0,549, 0,547, 0,545 или 0,544 соответственно.
Изобретение относится к технике преобразования световой энергии в электрическую. Оптопара содержит источник света, фотопреобразователь и корпус.

Изобретение относится к полупроводниковым фотопреобразователям, которые преобразуют солнечное излучение в электроэнергию, и может быть использовано в полупроводниковой промышленности для создания систем генерации электрической энергии.

Изобретение относится к способам определения ширины запрещенной зоны темновой и фотопроводимости органических полупроводников на основе гетероатомных соединений.

Изобретение относится к области изготовления полупроводниковых структур с p-n-переходом и может быть использовано для изготовления фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) солнечной энергии.

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых двухспектральных гибридизированных сборок и может использоваться для создания матричных фотоприемников (МФП) различного назначения.

Изобретение относится к способу получения органо-неорганического светопоглощающего материала с перовскитоподобной структурой, который может быть использован при изготовлении перовскитных солнечных ячеек.

Изобретение может быть использовано для создания мощных СВЧ фотодетекторов на основе эпитаксиальных структур GaAs/AlxGa1-xAs, чувствительных к излучению на длине волны 810-860 нм.

Изобретение может быть использовано для создания мощных СВЧ фотодетекторов на основе эпитаксиальных структур GaAs/AlxGa1-xAs, чувствительных к излучению на длине волны 810-860 нм.

Изобретение относится к технологиям формирования базовых слоев тонкопленочных фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) на основе CdTe. Способ изготовления в квазизамкнутом объеме базовых слоев гибких фотоэлектрических преобразователей на основе CdTe, в котором расстояние от зоны испарения теллурида кадмия до зоны его конденсации соизмеримо с диаметром реактора.

Изобретение относится к технологиям формирования базовых слоев тонкопленочных фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) на основе CdTe. Способ изготовления в квазизамкнутом объеме базовых слоев гибких фотоэлектрических преобразователей на основе CdTe, в котором расстояние от зоны испарения теллурида кадмия до зоны его конденсации соизмеримо с диаметром реактора.

Оптоэлектронное устройство (10) содержит первую подложку (12), имеющую первую поверхность (14) и вторую поверхность (16), оптоэлектронное покрытие (17), расположенное поверх второй поверхности (16) и содержащее подстилающий слой (18), расположенный поверх второй поверхности (16), первый проводящий слой (20), расположенный поверх подстилающего слоя (18), верхний слой (22), расположенный поверх первого проводящего слоя (20), полупроводниковый слой (24), расположенный поверх первого проводящего слоя (20), и второй проводящий слой (26), расположенный поверх полупроводникового слоя (24).
Изобретение относится к способам коммутации ячеек фотоэлектрических преобразователей, в частности к способу механического закрепления фотоэлементов и электрического их соединения в батарею.

Изобретение относится к области технологий получения преобразователей солнечной энергии в электрическую. Способ включает формирование слоя прозрачного проводящего электрода, слоя перовскита и слоя неорганического материала.

Изобретение относится к фотоэлектрическим преобразователям, в частности к технологии сборки солнечных модулей и коммутации ячеек фотоэлектрических преобразователей.

Изобретение относится к области разработки и изготовления фоточувствительных полупроводниковых приборов на основе GaAs. Способ изготовления мощного импульсного фотодетектора, работающего в фотовольтаическом режиме (с нулевым напряжением смещения), на основе GaAs включает последовательное выращивание методом жидкофазной эпитаксии на n-GaAs подложке слоя n-AlxGa1-xAs при х=0,10-0,15, слоя i-GaAs, слоя р-GaAs и слоя p-AlxGa1-xAs при х=0,2-0,3 в начале роста и при х=0,09-0,16 в приповерхностной области слоя. Изобретение обеспечивает возможность создания импульсного фотодетектора на основе GaAs, работающего в фотовольтаическом режиме (без смещения), с уменьшенной емкостью, повышенными быстродействием и фоточувствительностью, и тем самым увеличения кпд преобразования импульсов мощного лазерного излучения, модулированного в гигагерцовом диапазоне частот. 4 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 пр.

Изобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано для создания мощного СВЧ фотодетектора на основе эпитаксиальных структур GaAsAlxGa1-xAs, чувствительных к излучению на длине волны 810-860 нм. Способ заключается в создании многослойной структуры из системы чередующихся слоев AlxGa1-xAs и GaAs на подложке GaAs n-типа, создании широкозонного окна AlxGa1-xAs на поверхности многослойной структуры, формировании контактного слоя GaAs р-типа на поверхности широкозонного окна, создании фронтального и тыльного омических контактов, формировании просветляющего покрытия, проведении пассивации боковой поверхности меза-структуры. Шину фронтального омического контакта выполняют в виде усеченной пирамиды с широким тыльным основанием и зеркальной боковой поверхностью. Изобретение обеспечивает снижение омических потерь и потерь на затенение фоточувствительной области фотодетектора путем создания контактных шин в виде усеченных пирамид с широким основанием и с зеркальными боковыми стенками, увеличение рабочей мощности фотодетектора, снижение токов утечки по боковой поверхности фотодетектора. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх