DE2517939A1 - Verfahren zur herstellung einer fuer infrarotstrahlung empfindlichen photodiode und nach diesem verfahren hergestellte photodiode - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer fuer infrarotstrahlung empfindlichen photodiode und nach diesem verfahren hergestellte photodiode

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Description

Societe Anonyme de Telecommunications Paris
Verfahren zur Herstellung einer für Infrarotstrahlung empfindlichen Photodiode und nach diesem Verfahren hergestellte Photodiode
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer für Infrarotstrahlung empfindlichen Photodiode, die auf dem Wege planarer Technologie hergestellt ist und aus einem Halbleitermaterial besteht, das eine Grundsubstanz des Types 2, (oder n) und eine zugeordnete Zone des Typs η (oder p_) umfaßt, wodurch ein Übergang geschaffen ist.
Auf Infrarotstrahlung ansprechende Sperrschichtphotoelemente mit einem Übergang sind bereits bekannt. Derartige Photoelemente bestehen im wesentlichen aus einer Halbleiterplatte mit zwei unterschiedlichen Zonen, und zwar einer Zone des Typs p_ und einer Zone des Typs n. Jede dieser Zonen ist mit einem Ausgangsanschluß versehen. Bei Vorhandensein einer auf die Oberfläche einer dieser beiden Zonen auf treffenden Infrarcit-
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Strahlung wird zwischen den beiden in offener Schaltung liegenden Elektroden ein Potentialunterschied erzeugt, der von der Strahlungsintensität und der Qualität des Detektors abhängig ist.
Bei dem ausgewählten Halbleitermaterial kann es sich um einen Kristall beispielsweise auf der Basis von Hg Cd Te handeln, wie es in der FR-PS 1 504 497 beschrieben ist.
Eine der Herstellungstechniken, die eine industrielle Fabrikation derartiger Detektoren (mit einem oder mehreren Elementen) sowie die Verwirklichung von opto-elektronischen Schaltungen auf dem Gebiet der Infrarotanzeige ermöglicht, ist die sogenannte Planartechnik. Die sogenannte MESA-Technik, die zu einer reliefartigen Struktur führt, bietet sich nicht so wie die sogenannte Planartechnik bei der Anwendung von Integrationstechniken an.
Bei der Planartechnik wird auf einer Grundsubstanz beispielsweise auf der Basis von Hg Ce Te des Typs p_ (oder n)durch Verdampfen oder Zerstäubung eine dünne Deckschicht aufgetragen. Diese Schicht hat die folgenden Eigenschaften: Sie ist für Dotierungsmittel (Quecksilber, Indium, Kupfer usw.) undurchlässig, sie ist elektrisch isolierend und chemisch inert, und sie besitzt solche mechanische Eigenschaften, daß sie bei der Fabrikation den verschiedenen Behandlungen wie Phototypie, thermischer Behandlung usw. widerstehen kann,
Verschiedene Dielektrika, wie SiO2, SiO und Si-^N^, die heute auf dem Gebiet der Halbleiterindustrie verwendet werden, entsprechen ebenso wie SnS zumindest teilweise diesen Forderungen,
Anschließend diffundiert man ein Dotierungsmittel in Öffnungen, die beispielsweise mittels Phototypie innerhalb der Deckschicht angebracht worden sind, wodurch auf der Oberfläche der Grundsubstanz η-Zonen (oder £-Zonen) gebildet werden. Diese Zonen sind voneinander durch die Grundsubstanz entgegen-
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gesetzten Typs getrennt. Diese unmittelbare Passivierung macht jedoch jede weitere Behandlung unmöglich, die es zum Ziele hätte, die elektrischen Eigenschaften der Diode zu verbessern. Einer dieser Parameter, wie etwa der Nebenschluß-Widerstand, hängt zum großen Teil von den Zuständen der Materialoberfläche im Bereich der Übergangszone η und p_ ab. Die physikalische und chemische Natur der Deckschicht bestimmen ebenso wie die physikalische Natur der Grenzschicht zwischen der Deckschicht und der Halbleitergrundsubstanz die Qualität der Diode.
Die verschiedenen vorstehend genannten Dielektrika ermöglichen es nicht, erhöhte Querimpedanzen zu erhalten. Spannungen bzw. Beanspruchungen auf der Materialoberfläche verändern einerseits die Oberflächenleitung, während andererseits eine abrupte Grenzschicht zwischen den in physikalischer Hinsicht sehr unterschiedlichen Materialien eine Umkehr- oder Änderungszone der Leitungsart erzeugt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, bei dem derartige Nachteile vermieden werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß man auf der Oberfläche der Grundschicht bzw. Grundsubstanz mittels eines an sich bekannten Verfahrens eine dünne Zwischenschicht ablagert, die aus einer Zusammensetzung besteht, deren Bestandteile im wesentlichen den Bestandteilen der Grundsubstanz entspricht und in identischen oder ähnlichen Anteilen vorliegen wie in der Grundsubstanz, daß man auf der dünnen Zwischenschicht eine dielektrische Schutzschicht ablagert und das auf diese Weise erhaltene Material thermisch so behandelt, daß zur Bildung des Überganges eine Diffusion zwischen den Zonen unterschiedlichen Typs erfolgt, und daß man auf die Oberfläche der dielektrischen Schicht lokalisierte metallische Ablagerungen aufbringt.
Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die elektrischen Eigenschaften bereits schon vor der Erzeugung des
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Überganges verbessert. Für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich die sogenannte Planartechnik anwenden. Bei der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Photodiode werden die oben beschriebenen Nachteile vermieden, indem zwischen die Grundsubstanz und die dielektrische Deckschicht, die für die örtlich begrenzte Diffusion erforderlich ist, eine dünne Zwischenschicht gebracht wird. Die physikalischen und chemischen Eigenschaften dieser !Schicht führen einerseits bei dem Verfahren und andererseits bei dem fertigen Produkt zu zahlreichen Vorteilen, die sich aus der folgenden Beschreibung ergeben.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der beiliegenden Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 bis 5 in schematischer Darstellung eine Photodiode in verschiedenen Ansichten, die jeweils aufeinanderfolgenden Arbeitsstufen während der Herstellung der Photodiode entsprechen.
Bei der folgenden Beschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Photodiode wird von einem Halbleiterkörper auf der Basis von Hg Cd Te ausgegangen; dieses Material ist insbesondere für die Erfassung von Infrarotstrahlungen geeignet. Die Erfindung bezieht sich jedoch auch auf andere zusammengesetzte Körper, die für die Infrarotstrahlungsanzeige verwendet werden und bei denen die gleichen physikalischen Diskordanzprobleme im Bereich der Zwischenschicht mit dem Dielektrikum vorhanden sind, wobei sich diese Probleme auf die gleiche Weise lösen lassen, wie es gemäß der vorliegenden Erfindung der Fall ist.
Die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren abgelagerte dünne Schicht hat die folgenden physikalischen Eigenschaften: Sie ist elektrisch isolierend, sie hat einen Ausdehnungskoeffizienten, der ähnlich dem Ausdehnungskoeffizienten der Grundsubstanz ist und ihr Kristallgitter ist ebenfalls sehr ähnlich
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- 5 dem Kristallgitter der Grundsubstanz.
Diesem Kriterium entspricht eine größere Anzahl von Halbleiterkörpern. Da die Grundsubstanz eine feste Lösung aus mehreren Körpern ist, kann man diese dünne Zwischenschicht unter Verwendung einer Zusammensetzung realisieren, deren Bestandteile diejenigen des der Grundsubstanz sind und auch in den gleichen oder im wesentlichen gleichen Anteilen vorliegen wie in der Grundsubstanz.
Im Fall von Hg Cd Te besteht die erfindungsgemäß gebildete Zwischenschicht aus einer Schicht auf der Basis von Hg Cd Te, die eine Quecksilberkonzentration hat, die gleich der Quecksilberkonzentration der Grundsubstanz ist, darunter liegt oder gleich Null ist.
Die folgende Zusammenstellung zeigt die Übereinstimmung der physikalischen Charakteristika der Schichten, und zwar entsprechend einem Auszug aus "Infra-Red detectors" (Williardson and Beer 1970).
therm. Ausdehnungskoeffizient
4,3 x 10"6/°C 5,5 x 10-6/°C
Die Photodiode wird erfindungsgemäß auf die folgende Weise hergestellt:
1. Auf einer Grundschicht 1 des Typs p_ (oder n) wird eine dünne Zwischenschicht 1a durch kathüdische Zerstäubung, Epitaxie, durch Verdampfen oder irgendein anderes an sich bekanntes Verfahren abgelagert (Fig. 1).
2. Durch kathodisches Zerstäuben oder irgendein anderes bekanntes Verfahren wird eine zweite dielektrische Schicht 2 (Fig· 2) abgelagert, die für die Dotierungsraittel der Grundschicht undurchlässig und chemisch inert ist; SiO, und ZnS entsprechen diesen Kriterien.
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Cd Te Teilung des Kristall
Te gitters
Hg 6,464 A
Cd 6,841 A
3. Es folgt eine thermische Behandlung in der Weise, daß eine eine gegenseitige Diffusion zwischen der sich rekristallisierenden dünnen Zwischenschicht 1a und der Grundschicht 1 stattfindetο
4. Mittels bekannter planarer Technologie erfolgt das Aussparen der Fenster (Fig. 3).
5. Man erzeugt durch Diffusion durch die in den beiden Schichten 1a und 2 angebrachten Öffnungen bzw. Fenster die dotierten Zonen 3 vom Typ η (oder ja) (Fig. 4).
6. Auf einem kleinen Abschnitt der Isolierschicht wird durch Ablagerung einer dünnen Chrom- oder Goldschicht eine Metallablagerung gebildet, um die elektrischen Kontakte zu erhalten.
Die thermische Behandlung ermöglicht die Verwirklichung einer Zwischenschicht 1a mit einer abgestuften Zusammensetzung. Es bildet sich zwischen der Grundschicht und der ersten Schicht, die rekristallisiert 9 eine zusammengesetzte Schicht mit pyhsikalisehen Zwischeneigenschaften und einem erhöhten elektrischen Widerstand. Da der Übergang p-n sich in diesem Bereich befindet, eliminiert man auf diese Weise die Gegenbzw. Rückströme der Photodiode und man erhält eine Stabilität der thermischen Eigenschaften über der Zeit.
Es verstehtsich, daß die Erfindung nicht &i? den Fall eines Kristalls Hg Cd Te des Typs p_ (oder n) beschränkt ist. Das technische Problem einer Zwischenschicht zwischen der Grundschicht und dem Dielektrikum liegt stets da vor, wo es eine Diskordanz bzw. Ungleichheit der pyhsikalischen Eigenschaften des Materials und der Schutzschicht gibt. Durch die vorliegende Erfindung wird in dieser Hinsicht eine Verbesserung geschaffen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Anwendung einer geeigneten planaren Technologie, wie sie bei integrierten Schaltungen angewandt wird, und es wird ein unmittelbarer und lang dauernder Schutz der Oberfläche des Überganges von dessen Bildung an gewährleistet.
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Claims (6)

  1. - 7 Patentanspruch
    Λ ,) Verfahren zur Herstellung einer für Infrarotstrahlung empfindlichen Photodiode, die auf dem Wege planarer Technologie hergestellt ist und aus einem Halbmaterial besteht, das eine Grundsubstanz des Typs p_ (oder n) und eine zugeordnete Zone des Typs η (oder p_) umfaßt, wodurch ein Übergang gebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß man auf der Oberfläche der Grundschicht bzw. Grundsubstanz (1) mittels eines an sich bekannten Verfahrens eine dünne Zwischenschicht (1a) ablagert, die aus einer Zusammensetzung besteht, deren Bestandteile im wesentlichen den Bestandteilen der Grundsubstanz entspricht und in identischen oder ähnlichen Anteilen vorliegen wie in der Grundsubstanz, daß man auf der dünnen Zwischenschicht eine dielektrische Schutzschicht (2) ablagert und das auf diese Weise erhaltene Material thermisch so behandelt, daß zur Bildung des Überganges eine Diffusion zwischen den Zonen unterschiedlichen Typs erfolgt, und daß man auf die Oberfläche der dielektrischen Schicht lokalisierte metallische Ablagerungen aufbringt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Zwischenschicht (1a) durch kathodisches Zerstäuben abgelagert wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Zwischenschicht (1a) durch Epitaxie abgelagert wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dünne Zwischenschicht (1a) durch Verdampfen unter Vakuum abgelagert wird.
  5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als Halbmaterial ein Material auf der Basis von Hg Cd Te und als Zwischenschicht ein Material auf der Basis von Cd Te verwendet wird.
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  6. 6. Für Infrarotstrahlung empfindliche Photodiode, dadurch gekennzeichnet, daß sie nach dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 hergestellt ist.
DE2517939A 1974-08-06 1975-04-23 Verfahren zur Herstellung einer für Infrarotstrahlung empfindlichen Photodiode Expired DE2517939C2 (de)

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