FR2490875A1 - Photodiode comportant plusieurs elements photosensibles tres rapproches qui presentent entre eux un excellent decouplage - Google Patents
Photodiode comportant plusieurs elements photosensibles tres rapproches qui presentent entre eux un excellent decouplage Download PDFInfo
- Publication number
- FR2490875A1 FR2490875A1 FR8020412A FR8020412A FR2490875A1 FR 2490875 A1 FR2490875 A1 FR 2490875A1 FR 8020412 A FR8020412 A FR 8020412A FR 8020412 A FR8020412 A FR 8020412A FR 2490875 A1 FR2490875 A1 FR 2490875A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- photodiode
- layer
- photosensitive elements
- complementary
- absorption layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 239000000758 substrate Substances 0.000 title claims abstract description 10
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 title claims abstract description 7
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 12
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 6
- 238000002513 implantation Methods 0.000 claims description 4
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 4
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical group [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 3
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 2
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- FTWRSWRBSVXQPI-UHFFFAOYSA-N alumanylidynearsane;gallanylidynearsane Chemical compound [As]#[Al].[As]#[Ga] FTWRSWRBSVXQPI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009931 harmful effect Effects 0.000 description 1
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/146—Imager structures
- H01L27/14643—Photodiode arrays; MOS imagers
- H01L27/14654—Blooming suppression
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
L'INVENTION CONCERNE UNE PHOTODIODE PRESENTANT AU MOINS DEUX ELEMENTS PHOTOSENSIBLES DISTINCTS ET AUSSI BIEN DECOUPLES QUE POSSIBLE TOUT EN ETANT SEPARES PAR UN INTERVALLE TRES PETIT. LES ELEMENTS PHOTOSENSIBLES I ET II, SONT MONTES SUR UN SUBSTRAT 1 EN ARSENIURE DE GALLIUM. ILS COMPORTENT CHACUN UNE COUCHE D'ABSORPTION 2 EN ARSENIURE DE GALLIUM ET D'ALUMINIUM DOPE N DONT L'EPAISSEUR EST INFERIEURE AU MICRON ET UNE COUCHE TRES MINCE 3 EN ARSENIURE DE GALLIUM ET D'ALUMINIUM COMPORTANT MOINS DE GALLIUM QUE LA COUCHE 2 DOPEE . UN OBSTACLE TEL QU'UN SILLON DE GRAVURE CHIMIQUE 30 SEPARE LES DEUX ELEMENTS ET ASSURE LEUR DECOUPLAGE PHOTOELECTRIQUE.
Description
L'invention concerne une photodiode comportant au moins deux éléments photosensibles très rapprochés, par exemple à des intervalles de tordre du micron, tout en présentant un excellent découplage entre les ç effets photoélectriques (absence de diaphotie) des différents éléments.
Dans la technologie actuelle, notamment dans les photodiodes à "multiquadrants" utilisés avec les disques optiques (vidéodisques, disques à haute densité), on réalise les diodes en technologie du type planar et l'on se contente de séparer les éléments photosensibles au niveau de 1reeuche superficielle. Des électrodes distinctes sont déposées sur les différents éléments, mais, par suite de la pénétration oblique d'une partie même faible des rayons lumineux à détecter, on constate une diaphotie non négligeable.
Ce défaut est d'autant plus sensible que la couche d'absorption de la photodiode est plus épaisse. Or, dans le cas des photodiodes utilisées couramment pour cette application, la couche absorbante de silicium doit, pour être efficace, atteindre plusieurs dizaines de microns. Dans ces conditions les largeurs de bandes séparant les éléments photosensibles devraient être du même ordre de grandeur pour empêcher la diaphotie, ce qui exclut le rapprochement des éléments photosensibles à des intervalles d'un micron.
L'invention permet de surmonter cette difficulté.
La photodiode selon l'invention est du type comportant un substrat semiconducteur, une couche d'absorption constituée par un premier matériau semiconducteur présentant une première bande interdite, et une couche complémentaire constituée par un -deuxième matériau semiconducteur présentant une deuxième bande interdite de largeur inférieure à la première.
Elle est caractérisée en ce que le premier et le deuxième matériau semiconducteur étant des composés comportant au moins deux corps appartenant aux groupes III et V de la classification de Mendeleev (ce qui permet d'obtenir une couche d'absorption efficace avec une épaisseur de l'ordre du micron), la photodiode - est divisée en éléments photosensibles dont les couches complémentaires et une partie au moins des couches d'absorption sont séparées les unes des autres par un obstacle interdisant le franchis- sement des photons, des électrons et des trous. Un tel obstacle est soit un mur d'isolement soit un sillon de gravure.
L'invention sera mieux comprise, et d'autres caractéristiques apparat- tront, au moyen de la description qui suit, et des dessins qui l'accompagnent, parmi lesquels:
- la figure 1 représente l'art connu;
- les figures 2 et 3 représentent schématiquement deux réalisations de l'invention.
- la figure 1 représente l'art connu;
- les figures 2 et 3 représentent schématiquement deux réalisations de l'invention.
La figure 1 représente en coupe schématique une photodiode à deux éléments photosensibles I et Il situés de part et d'autre d'un plan {racle
AA) divisant en deux parties sensiblement égales un même dispositif semiconducteur. Les deux éléments ont en commun un substrat (Si, P-) en silicium faiblement dopé par des impuretés de type P. Ce substrat joue ici le rôle de couche d'absorption de la photodiode. Il comporte deux grandes faces. L'une d'entre elles, exposée aux rayons lumineux 10, comporte deux régions 11 et 12 (Si, P+) où l'on a diffusé une quantité d'impuretés de type P beaucoup plus grande que dans le substrat.La diffusion a été effectuée à travers deux fenêtres pratiquées dans un masque de silice 13, délimitant les régions semiconductrices attribuées aux deux éléments photosensibles. La face opposée du substrat, commune aux deux éléments, comporte une couche fortement dopée N (Si, N+).
AA) divisant en deux parties sensiblement égales un même dispositif semiconducteur. Les deux éléments ont en commun un substrat (Si, P-) en silicium faiblement dopé par des impuretés de type P. Ce substrat joue ici le rôle de couche d'absorption de la photodiode. Il comporte deux grandes faces. L'une d'entre elles, exposée aux rayons lumineux 10, comporte deux régions 11 et 12 (Si, P+) où l'on a diffusé une quantité d'impuretés de type P beaucoup plus grande que dans le substrat.La diffusion a été effectuée à travers deux fenêtres pratiquées dans un masque de silice 13, délimitant les régions semiconductrices attribuées aux deux éléments photosensibles. La face opposée du substrat, commune aux deux éléments, comporte une couche fortement dopée N (Si, N+).
En outre la photodiode comporte des métallisations 15 et 16, disposées respectivement sur les bords des régions Il et 12. Ces métallisations jouent le rôle d'électrodes de polarisation des éléments photosensibles et sont reliées par des connexions 17 et 18 à des dispositifs de détection D1 et D2 comportant une source interne de polarisation. Ces dispositifs appliquent aux électrodes 15 et 16 des polarisations négatives, le retour de masse s'effectuant par des connexions 19 et 20 soudées à la couche Si, N+ de la photodiode.
Si l'on désigne par a la distance séparant les couches 11 et 12 et par d l'épaisseur de la couche d'absorption Si, P~, on voit que si l'on a:
d > a comme sur la figure 1, il existe un risque non négligeable de créer par un rayonnement oblique 10 une paire électron-trou qui soit captée par l'élément Il, alors que la lumière était destinée à l'élément I.
d > a comme sur la figure 1, il existe un risque non négligeable de créer par un rayonnement oblique 10 une paire électron-trou qui soit captée par l'élément Il, alors que la lumière était destinée à l'élément I.
Par suite de ce défaut, l'élément Il, par exemple, fournit un courant de détection non négligeable, dit de diaphotie, alors que seul l'élement I est éclairé.
Sur la figure 2, on a représenté en coupe schématique une photodiode selon l'invention comportant un substrat 1 en arséniure de gallium monocrisb tallin fortement dopé N, sur lequel on a formé par épitaxies successives:
- une couche 2, dopée N, d'un composé de formule:
Gax A11-x As avec x supérieur à 0,9 et de préférence égal ou supérieur à 0,92;
- une couche 3 dopée P+ d'un composé de formule:
Gay All-y As avec la condition suivante:
0,65 < y # x la limite supérieure de y étant par exemple 0,85.
- une couche 2, dopée N, d'un composé de formule:
Gax A11-x As avec x supérieur à 0,9 et de préférence égal ou supérieur à 0,92;
- une couche 3 dopée P+ d'un composé de formule:
Gay All-y As avec la condition suivante:
0,65 < y # x la limite supérieure de y étant par exemple 0,85.
Le choix des paramètres x et y est effectué en tenant compte, en plus des conditions déjà énoncées, de la longueur d'onde prépondérante de la lumière à détecter. On sait en particulier que si l'on appelle Eg l'énergie de la bande interdite, on a la relation: avec Eg x# =1,24 avec E, largeur de bande, exprimée en électrons-volts et # en microns.
Dans la réalisation de la figure 2, on effectue une implantation de protons dans une région 4 à une profondeur suffisante pour créer un mur d'isolement entre les couches 2 et 3 des deux éléments photosensibles à créer.
L'implantation de protons est facile à réaliser dans le cas des composés d'As, Ga et Al. En outre on cherche à diminuer au maximum la profondeur d'implantation nécessaire en diminuant l'épaisseur des couches 2 et 3. Or on peut avoir une photodiode efficace avec les épaisseurs suivantes:
- de 0,2 micron à 1,5 micron pour la couche 3 ;
- de 0,5 à 2 microns pour la couche 2.
- de 0,2 micron à 1,5 micron pour la couche 3 ;
- de 0,5 à 2 microns pour la couche 2.
Enfin, pour rapprocher au maximum les éléments I et Il, on limitera la largeur du mur d'isolement, c'est-à-dire de la région 4 à la somme des épaisseurs des couches 2 et 3.
Si l'on prend le cas extrême correspondant à la plus petite largeur, soit une épaisseur totale des deux couches ne dépassant pas (0,2 + 0,5) soit 0,7 micron, on peut se demander s'il est possible de réaliser une implantation dans une région aussi étroite. La réponse est positive, car les techniques actuelles de masquage par photogravure permettent de telles performances.
On a représenté à la figure 2 les métallisations et les connexions avec des références identiques à celles de la structure de la figure 1.
Sur la figure 3, où les mêmes références désignent les mêmes éléments, on a représenté une réalisation de l'invention-~dans laquèlfean a gravé un sillon 30 dont la profondeur est légèrement supérieure à la somme des épaisseurs des couches semiconductrices 2 et 3. Un tel sillon peut être obtenu facilement en utilisant des technologies classiques de gravure chimique ou d'érosion ionique. Comme pour la réalisation précédente (figure 2) les couches 2 et 3 sont par exemple d'épaisseurs respectivement égales à 0,5 et à 0,2 micron, la profondeur du sillon étant de l'ordre de 0,8 micron pour une largeur du même ordre au niveau de la couche 3. La structure a reçu en outre une gravure 31 du type mésa sur la périphérie. Cette gravure peut, par exemple, être effectuée en même temps ét par le même procédé que le sillon 30. Elle a pour but d'éviter les effets nuisibles des parties semiconductrices en contact avec le revêtement de silice 13 dans les parties périphériques.
Le résultat obtenu en ce qui concerne la diaphotie des photodiodes est du même ordre que dans le cas de la réalisation précédente.
On peut, en outre, réaliser une photodiode à avalanche à condition de polariser suffisamment la photodiode pour provoquer le phénomène d'avalanche dans la couche 2 lors de l'apparition d'électrons d'origine photoélectrique. Dans le cas de la structure en arséniure de gallium comportant une couche d'absorption en arséniure de gallium et d'aluminium, notamment dans le cas de la structure mésa on obtient très facilement les conditions cidessus, ce qui constitue un avantage de l'invention.
Claims (6)
1. Photodiode comportant au moins deux éléments photosensibles très rapprochés, du type comportant un substrat semiconducteur, une couche d'absorption constituée par un premier matériau semiconducteur présentant une première bande interdite, et une couche complémentaire constituée par un deuxième matériau semiconducteur présentant une deuxième bande interdite de largeur inférieure à la première, ladite photodiode étant caractérisée en ce que, le premier et le deuxième matériau semiconducteur étant des composés comportant au moins deux corps appartenant aux groupes III et V de la classification de Mendeleev, la photodiode est divisée en éléments photosensibles dont les couches complémentaires et une partie au moins des couches d'absorption sont séparées les unes des autres par des obstacles interdisant le franchissement des photons des électrons et des trous.
2. Photodiode selon la revendication 1, caractérisée en ce que le substrat est en arséniure de gallium, la couche d'absorption est constituée par un composé de formule:
Gax All As avec : x > 0,9 et la couche complémentaire est constituée par un composé de formule: Gay All y As avec:0,65 S y < x.
3. Photodiode selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'obstacle est un mur d'isolement réalisé par implantation de protons.
4. Photodiode selon la revendication 2, caractérisée en ce que l'obsta- cle est réalisé sous forme d'un sillon de gravure.
5. Photodiode selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'elle présente une structure de type mésa.
6. Photodiode selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est en outre du type à avalanche.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8020412A FR2490875A1 (fr) | 1980-09-23 | 1980-09-23 | Photodiode comportant plusieurs elements photosensibles tres rapproches qui presentent entre eux un excellent decouplage |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8020412A FR2490875A1 (fr) | 1980-09-23 | 1980-09-23 | Photodiode comportant plusieurs elements photosensibles tres rapproches qui presentent entre eux un excellent decouplage |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2490875A1 true FR2490875A1 (fr) | 1982-03-26 |
| FR2490875B1 FR2490875B1 (fr) | 1984-07-13 |
Family
ID=9246210
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8020412A Granted FR2490875A1 (fr) | 1980-09-23 | 1980-09-23 | Photodiode comportant plusieurs elements photosensibles tres rapproches qui presentent entre eux un excellent decouplage |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2490875A1 (fr) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3438441A1 (de) * | 1983-10-19 | 1985-05-23 | Kabushiki Kaisha Toshiba, Kawasaki, Kanagawa | Strahlungsdetektorelement fuer einen rechnergestuetzten tomographie-abtaster |
| DE3633998A1 (de) * | 1986-10-06 | 1988-04-14 | Siemens Ag | Strahlendetektor |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1429151A (fr) * | 1964-04-07 | 1966-02-18 | Raytheon Elsi S P A | Dispositif semi-conducteur photo-sensible à trois électrodes susceptible de fonctionner comme composant soit passif, soit actif, et capable d'accomplir diverses opérations de commande, et procédé pour la fabrication d'un tel dispositif |
-
1980
- 1980-09-23 FR FR8020412A patent/FR2490875A1/fr active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR1429151A (fr) * | 1964-04-07 | 1966-02-18 | Raytheon Elsi S P A | Dispositif semi-conducteur photo-sensible à trois électrodes susceptible de fonctionner comme composant soit passif, soit actif, et capable d'accomplir diverses opérations de commande, et procédé pour la fabrication d'un tel dispositif |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3438441A1 (de) * | 1983-10-19 | 1985-05-23 | Kabushiki Kaisha Toshiba, Kawasaki, Kanagawa | Strahlungsdetektorelement fuer einen rechnergestuetzten tomographie-abtaster |
| DE3633998A1 (de) * | 1986-10-06 | 1988-04-14 | Siemens Ag | Strahlendetektor |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2490875B1 (fr) | 1984-07-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0458688B1 (fr) | Procédé de fabrication d'une structure intégrée guide-détecteur de lumière en matériau semi-conducteur | |
| TWI481052B (zh) | Photodiode and photodiode array | |
| CA1259530A (fr) | Dispositif a semiconducteur passive a l'oxynitrure de silicium et methode de fabrication | |
| JPS6146078B2 (fr) | ||
| EP0163720A1 (fr) | AUTODIODES AMELIOREES p-i-n ET EN AVALANCHE | |
| US5288989A (en) | Avalanche photodiode with moisture resistant passivation coating disposed to cover the outer periphery of the photodiode body except at a selected top contact area | |
| EP2432034B1 (fr) | Détecteur bispectral multicouche à photodiodes et procédé de fabrication d'un tel détecteur | |
| EP0001728B1 (fr) | Diode émettrice et réceptrice de lumière notamment pour télécommunications optiques | |
| EP2865017A1 (fr) | Structure semiconductrice comportant une zone absorbante placee dans une cavite focalisante | |
| FR2504733A1 (fr) | Photodetecteur a porteurs majoritaires | |
| FR2533371A1 (fr) | Structure de grille pour circuit integre comportant des elements du type grille-isolant-semi-conducteur et procede de realisation d'un circuit integre utilisant une telle structure | |
| WO2017051005A1 (fr) | Photodétecteur comprenant un empilement de couches superposées | |
| US5053837A (en) | Ingaas/inp type pin photodiodes | |
| FR2490875A1 (fr) | Photodiode comportant plusieurs elements photosensibles tres rapproches qui presentent entre eux un excellent decouplage | |
| FR2490014A1 (fr) | Phototransistor a heterojonction emetteur-base a couche d'emetteur localement de type inverse | |
| EP0082787B1 (fr) | Photodiode à zones d'absorption et d'avalanche séparées | |
| Biyikli et al. | High-speed characterization of solar-blind AlxGa1− xN p–i–n photodiodes | |
| US5187378A (en) | Photodetector | |
| FR2509910A1 (fr) | Composant optoelectronique dont la structure semiconductrice comporte deux parties respectivement emettrice et receptrice, et dispositif de regulation d'une diode electroluminescente | |
| EP0870335B1 (fr) | Detecteur de rayonnements ionisants ultra-mince et procedes de realisation d'un tel detecteur | |
| EP3693997B1 (fr) | Matrice de photo-détecteurs à barrière avec pixellisation par déplétions locales | |
| JPS6259905B2 (fr) | ||
| KR940001293B1 (ko) | 반도체 광 검출장치 | |
| FR2641647A1 (fr) | Photodiode a avalanche au silicium a faible bruit de multiplication | |
| Šafránková et al. | Photocurrent multiplication in GaAs Schottky photodiodes |