DE4209842A1 - Verfahren zum Herstellen einer flächigen Photodiodennanordnung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Flächige Photodiodenanordnungen der genannten Art sind auch unter der Bezeichnung focal plane arrays bekannt. Die Grundfunktion einer solchen Diodenanordnung ist die ortsaufgelöste Umwandlung von langwelliger elektromagneti­ scher Strahlung des Bereichs von ca. 1,0 bis 5,5 µm in Elektronen. Dies geschieht in einer zweidimensionalen An­ ordnung von Indium-Antimonid-Dioden (In-Sb-Dioden). Die Herstellung erfolgt durch Herstellen eines flächigen p-n-Überganges in einem scheibenförmigen, n-leitenden In Sb-Substrat, einem nachfolgendem Dünnen des n-leitenden Substratteils und einem Separieren zur Herstellung einer Vielzahl getrennter, durch die p-n-Übergänge erzeugter Di­ oden. Das Dünnen des n-leitenden In Sn-Substrats ist ver­ hältnismäßig schwierig, insbesondere dann, wenn es auf eine hohe Gleichmäßigkeit des verbleibenden n-leitenden Schichtteils der Diode ankommt, da bei den bisher üblichen Photodiodenarrays dieser Art die auf die p-n-Übergänge ge­ langende langwellige Strahlung zunächst den n-leitenden Schichtteil des Substrats durchdringen muß. Die wellenlän­ genabhängige Absorption der Strahlung wird nämlich durch die Dicke des n-leitenden Schichtteils nicht unwesentlich beeinflußt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, das bei geringeren Anforderungen an wesentliche Verfahrensschritte wie Herstellung einer neu­ artigen Photodiodenanordnung der eingangs genannten Art ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Pa­ tentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst. Ein wesentlicher Vorteil des beschriebenen Verfahrens be­ steht darin, daß es die Herstellung von flächigen Photodi­ odenarrays ermöglicht, deren p-leitende Substratschicht der zu detektierenden langwelligen Strahlung zugewandt ist. Da die Herstellung des p-n-Übergangs durch Diffusion von der p-leitenden Schichtseite her erfolgt, ist die Dicke des p-leitenden Substratteils sehr gleichmäßig und sehr dünn. Der n-leitende Substratteil braucht weit weni­ ger stark gedünnt zu werden und auch die Gleichmäßigkeit der Dicke des n-leitenden Substratteils ist von geringerer Bedeutung, da er nicht im Weg der einfallenden Strahlung bis zum p-n-Übergang liegt.

Anhand der in den Fig. 1A bis 1G und 2 schematisch dar­ gestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung nachfolgend näher erläutert. Die Fig. 1A-1G zeigen in schematischen Darstellungen einzelne Aufbauschritte bei Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die Fig. 2 zeigt schematisch eine perspektivische Darstellung eines gemäß der Erfindung hergestellten Ausführungsbeispiels ei­ nes focal plane arrays (zweidimensionalen Photodiodenan­ ordnung).

In Fig. 1A ist eine In Sb-Substratscheibe 1. dargestellt, das üblicherweise mit Tellur (Te) dotiert ist und n-lei­ tend ist. Durch Diffusion z. B. mit Cadmium (Cd) bis in eine Tiefe von z. B. 0,7 µm wird eine p-leitende Oberflä­ chenschicht 2 und ein zu dieser Oberfläche paralleler p-n- Übergang erzeugt, an dem dann die eigentliche Photonen- Elektronenumwandlung stattfindet.

In einem weiteren Verfahrensschritt 1B wird dann auf die p-leitende Oberfläche ein transparenter Metallfilm 3 z. B. in Form eines Metallgitters, insbesondere aus Platin (Pt) aufgebracht.

Die Metallschicht 3 wird auf den p-leitenden Teil des scheibenförmigen Substrats 2 aufgedampft. Darauf wird die Antireflexschicht 4 gedampft und das Ganze mittels eines Klebers 12, der für die entsprechende Strahlung transpa­ rent ist, auf das Saphirsubstrat 5 geklebt.

Die Metallschicht 3 kann z. B. eine Dicke von 30-40 Angströmeinheiten = 3-4 nm aufweisen. Die Dicke des Sa­ phiersubstrats beträgt z. B. 0,3 mm. Der Kleber 12 soll auch bei Temperaturen von etwa 77 Kelvin brauchbar sein und Licht bis 5 µm Wellenlänge durchlassen (Fig. 1C). In einem weiteren Verfahrensschritt (Fig. 1D) wird dann der n-leitende Teil des Substrats 1 gedünnt, z. B. durch mechanisch-chemisches Abtragen wie Polieren. Das verblei­ bende n-leitende In Sb-Substratteil 1 kann zweckmäßig eine Dicke von 30 µm bis 40 µm aufweisen. Es kann wesentlich dicker belassen werden als bei Diodenarrays, bei denen die zu detektierende Strahlung den n-leitenden Teil durchdrin­ gen muß, um zu dem p-n-Übergang zu gelangen. Die Dicke und die Gleichmäßigkeit des n-leitenden Substratteils 1 ist also weitgehend unkritisch, was den sehr schwierigen Pro­ zeß des Dünnens wesentlich vereinfacht.

Danach erfolgt das Herstellen einzelner Dioden durch be­ vorzugt photochemische Verfahren indem Nuten 6 in die Sub­ stratschichten 1 und 2 z. B. Ätzen eingebracht werden. Es werden also eine Vielzahl von separierten p-n-Übergängen gebildet (Fig. 1E). Die Nuten 6 werden dann mit einem Passivierungsmaterial 7 z. B. Siliziumdioxid (SiO₂) so aufgebracht, daß es die Dioden an den Seitenflächen über­ zieht.

Damit ist das Multiphotodioden-Array im wesentlichen fer­ tiggestellt. In Fig. 1G ist dann noch ein Kontaktierungs­ beispiel mit einer Elektronikplatte 10 z. B. einer Siliziumkaltteileelektronik dargestellt, bei dem die ein­ zelnen p-n-Übergänge 1, 2, das heißt also die einzelnen Photodioden über Kontaktierungen 9 mit der Elektronik­ platte 10 verbunden sind. Die Kontaktierungen 9 bestehen z. B. aus Cr/Au-Kontakten oder Indiumkontakten. Mit 11 ist die zu detektierende Strahlung bezeichnet, die nach Durch­ bringen einer weiteren Antireflexschicht 8, des Saphirsub­ strats 5 der Metallschicht 4 bzw. des Metallgitters 4, der Kleberschicht 12 und der p-leitenden Schicht 2 auf den p- n-Übergang 1, 2 auftrifft und dort Elektronen auslöst.

In Fig. 2 ist schematisch eine perspektivische Darstel­ lung eines Multidioden-Array, etwa im Verfahrensstand 1E gezeigt. Gleiche Teile sind mit gleichen Ziffern versehen, wobei die Platinschicht 3 gitterförmig ausgebildet ist.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung einer flächigen Photodioden­ anordnung mit einer Vielzahl von nebeneinanderliegenden, aus p-n-Übergängen in einem Indium-Antimonsubstrat beste­ henden Photodioden, dadurch gekennzeichnet, daß an einer Oberfläche eines scheibenförmigen, n-leitenden In-Sb-Sub­ strats (1) durch Diffusion eine p-leitende Schicht (2) und damit im Substrat ein p-n-Übergang erzeugt wird, daß dann auf die p-leitende Schicht (2) eine transparente leitfä­ hige Schicht (3) aufgebracht wird, daß dann auf die leit­ fähige Schicht (3) eine Antireflexschicht (4) aufgebracht wird, daß dann auf die Antireflexschicht (4) ein scheiben­ förmiges Saphirsubstrat (5) mittels eines transparenten Klebers (12) aufgeklebt wird, daß dann das n-leitende Sub­ strat (1) durch Abtragen wesentlich dünner gemacht wird, daß dann durch photochemisches Einbringen von Nuten (6) diskrete Diodenpixel (Fig. 1E) erzeugt werden, daß dann in die Nuten (6) ein Passivierungsmaterial (7) eingebracht wird und daß dann mittels den einzelnen Diodenpixeln zuge­ ordneter Kontaktierungen (9) eine elektrische Verbindung zu einem Elektronikbauteil (10) hergestellt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als leitende Schicht (3) eine Platinschicht aufgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Platinschicht (3) und ggf. die Anti­ reflexschicht (4) aufgedampft werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die leitfähige Schicht (3) gemustert, insbesondere als gitterförmige Schicht aufgebracht wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Einbringen der Nuten (6) photoche­ misch vorgenommen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Dünnen des n-leitenden Substrat­ teils 1 mechanisch-chemisch, insbesondere durch einen Po­ liervorgang vorgenommen wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf die freie Oberfläche des Saphier­ substrats (5) eine weitere Antireflexschicht (8) aufge­ bracht wird.