NL8901178A

NL8901178A - Geleidelijk in een laag verlopende passivering van infrarood-detectoren van groep II - VI.

Info

Publication number: NL8901178A
Application number: NL8901178A
Authority: NL
Original assignee: Santa Barbara Res Ct
Priority date: 1988-05-11
Filing date: 1989-05-11
Publication date: 2001-06-01
Also published as: GB8910337D0; DE3915321C1; GB2372375A; FR2872345B1; US5880510A; FR2872345A1; IT8947928A0; GB2372375B; NL195050C

Description

Korte aanduiding: Geleidelijk in een laag verlopende passivering van infrarood-detectoren van groep II-VI..

De uitvinding heeft in het algemeen betrekking op halfgeleider inrichtingen van groep II-VI, en in het bijzonder op een HgCdTe infrarood-foto-detector, die een geleidelijk in een laag verlopende passivering van een compositie van groep II-VI bezit met een bredere verboden zone, welke laag gevormd wordt door een kation substitutieproces.

Kwik-cadmium-telluride (Hg.. NCd Te, waarin x reikt van circa nul (1-x) x tot 1,0 en typerende waarde heeft in het bereik van 0,2 tot 0,4) foto-diodes worden in een typerend geval gefabriceerd als 2-dimensionale rangschikkingen en omvatten een passiveringslaag opgebracht op een bovenoppervlak van de rangschikking, welke passiveringslaag lage temperatuur foto-chemisch SiO^, verdampt ZnS, of anodisch gegroeid CdS bevat. Ofschoon geschikt voor bepaalde afbeeldingstoepassingen, is gebleken dat gedurende zekere opeenvolgende bewerkingsstappen, welke met de rangschikking gepaard gaan, zoals een hoogvacüum bakcyclus bij 100 C, die vereist is voor het ontgassen van een Dewar vacüumvat, in welk vat de fotodiode rangschikking gehuisvest is, dat zulk een conventionele passiveringslaag nadelig kan zijn. Er is bijvoorbeeld een achteruitgang waargenomen in kritische gedragspara-meters, zoals lekstroom, quantumrendement, ruis (in het bijzonder bij lage frequenties), spectrale i-esponsie en optische zone. Deze achteruitgang is in het bijzonder duidelijk bij langgolvige detectoren, waar veranderingen in de oppervlaktepotentiaal de energie van de verboden zone benadert. Poreusheid van de passiveringslaag en gebrek aan adhesie met het eronder gelegen HgCdTe-oppervlak zijn eveneens gemeenschappelijke problemen, die men bij de hiervoor beschreven conventionele passiveringslagen waarneemt.

Voorts, voorzover deze conventionele passiveringsmaterialen niet meer dan een deklaagje op het HgCdTe-oppervlak vormen, is controle over de energieniveaus aan het HgCdTe/passiveringsgrensvlak moeilijk of onmogelijk te bereiken. Een beperking van zulke conventionele deklagen is het feit, dat het noodzakelijk is om vlakke-bandvoorwaarden aan het HgCdTe/passiveringsgrensvlak zowel te creëeren als te handhaven, indien de rangschikking een gewenst niveau van gedragsparameters moet handhaven, in het bijzonder tijdens en na hoge temperatuurbewerking en opslag.

De hiervoor genoemde problemen worden overwonnen en andere voordelen worden gerealiseerd door een IR fotodiode en een rangschikking daarvan, geconstrueerd in overeenstemming met de uitvinding. In overeenstemming hiermede openbaart de uitvinding een werkwijze voor het vormen van een passiveringsgebied op een halfgeleiderinrichting, waarbij men: - uitgaat van een lichaam bestaande uit materiaal van groep II-VI, dat in de verboden zone een karakteristieke energie of energiën bezit; - een oppervlaktegebied van het lichaam prepareert; - een laag vormt bestaande uit atomen van groep II, welke laag over het geprepareerde oppervlak van het lichaam heen ligt; en - een passiveringsgebied vormt binnen het geprepareerde oppervlak-gebied, waarbij de atomen van groep II kationplaatsen bezetten in geleidelijk afnemende concentratie als functie van de diepte in het oppervlaktegebied. Het oppervlak kan geprepareerd zijn door een oppervlakte etsings-proces, dat het oppervlakgebied aan groep II atomen armer maakt, hetgeen resulteert in kation-vacante plaatsen, die een geleidelijk afnemende concentratie hebben als functie van de diepte binnen het oppervlaktegebied.

Als gevolg hiervan hebben de atomen van groep II, die deze kation plaatsen bezetten, eveneens een geleidelijke afnemende concentratie als functie van de diepte.

Volgens de uitvinding kan de stap, waarin uitgegaan wordt van een lichaam van materiaal van groep II-VI uitgevoerd worden door uit te gaan van een lichaam van Hg, .Cd Te, Hg. .Zn Te of HgCdZnTe, en de stap voor

V J. —X / X ^ 1“Χ/ X

het vormen van een laag, worden uitgevoerd door een laag te vormen, bestaande uit Cd, Zn, CdTe, ZnTe of uit HgCdTe of HgZnTe met een bredere energieband in de verboden zone van de in de verboden zone voorkomende karakteristieke energie of energieën bezit.

Het passiveringsgebied kan worden gevormd door het uitgloeien van het lichaam en de erboven gelegen laag in een verzadigde kwikatmosfeer.

Deze en andere aspecten van de uitvinding zullen duidelijker worden gemaakt in de volgende gedetailleerde beschrijving van voorkeursuitvoeringsvormen, die besproken worden aan de hand van de bijgaande tekeningen.

Fig. la is een gestyleerd aanzicht in perspectief, niet op schaal, van een gedeelte van een rangschikking 1 van foto-diodes 2 van groep II-VI, die in overeenstemming met de uitvinding een passiveringslaag 5 bezitten met geleidelijk verlopende compositie, bestaande uit materiaal van groep II-VI; fig. lb is een doorsnede van een foto-diode 10, die een HgCdTe stra-lings absorberende basislaag 12, een HgCdTe kap.laag 14 en een laag 16 met geleidelijk verlopende passivering bezit; fig. 2 is een representatieve energie diagram van de verboden zone van de CdTe of CdZnTe gepassiveerde foto-diode van fig. lb; fig. 3a-3f tonen diverse stappen van een werkwijze volgens de uitvin ding voor het fabriceren van een laag met geleidelijk verlopende passivering op een foto-diode; fig. 4a-4d zijn representatieve dwarsdoorsneden van een verarmd oppervlak van een HgCdTe laag, welke de kationsubstitutie van de groep II atomen binnen het verarmde oppervlak weergeeft; fig. 5 is een grafiek, die de Cd concentratie tegen de diepte als functie van de uitgloeiingstijd laat zien bij 400°C in verzadigde kwikdamp; fig. 6a en 6b tonen een vergelijking van I-V-kromme voor een diode, die gepassiveerd is in overeenstemming met de uitvinding en voor een conventionele SiO^ gepassiveerde LWIR foto-diode respectievelijk; en fig. 7a en 7b tonen een vergelijking van RqA als functie van de opslagtijd bij 100°C voor een geleidelijk verlopende laag CdTe en conventionele SiO^, LWIR 5X5 rangschikking resp. geïsoleerde diodes met variabele zc Ofschoon de uitvinding zal worden beschreven in de context van een foto-electrische stralingsdetector van het mesa-type met belichte achterzijde, moet men zich wel realiseren, dat de inzichten van de uitvinding ook van toepassing zijn op fotogeleidende stralingsdetectoren met belichte voorzijde. De uitvinding is eveneens toepasbaar op inrichtingen van het homo-keerlaag- en hetero-keerlaagtype en ook op inrichtingen van het planaire type, waarbij een basislaag van een gegeven geleidingstype, gebieden bezit of "kuilen" van een tegengesteld geleidingstype gevormd in een open oppervlak ervan. Zoals duidelijk zal zijn omvat de uitvinding eveneens de opper-vlakpassivering van inrichtingen, anders dan foto-diodes, zoals andere dipolaj inrichtingen, en ook CCD- en MIS inrichtingen, die een gebied bevatten van het halfgeleidermateriaal van groep II-VI, waaruit het materiaal grotendeels bestaat.

Onder verwijzing in de eerste plaats naar fig. la wordt daarin weergegeven een gestyleerd bovenaanzicht in perspectief van een gedeelte van een rangschikking 1 van foto-diodes 2, waarbij het aanzicht niet op schaal is. De foto-diodes zijn gevormd uit een materiaal van groep II-VI, zoals Hg(i ^Cd^Te, Hg^j ^Zn^Te of HgCdZnTe. Het materiaal wordt onderscheiden in materiaal, dat van een eerste geleidingstype is en materiaal dat van een tweede geleidingstype is voor het vormen van een veelvoud van diode-keerlagen. De rangschikking 1 kan gezien worden als te bestaan uit een veelheid van foto-diodes 2, die opgesteld zijn in een regelmatige 2-dimensionale rangschikking. Invallende infrarood-straling, die langgolvige, mediumgolvige of kortgolvige (LWIR, MWIR of SWIR) straling kan zijn, is invallende op een oppervlak van de rangschikking 1. De rangschikking 1, in een illustratieve uitvoeringsvorm van de uitvinding, bevat een stralingsabsorberende basislaag 3 van Hg^ ^Cd^Te ^a-*-^8eleidermateriaal, waarbij de waarde van x het responsievermogen bepaalt van de rangschikking op hetzij LWIR, MWIR of SWIR. Elk der foto-diodes 2 wordt gedefinieerd door een mesa-structuur 6, die in een typerend geval gevormd wordt door het etsen van eikaars snijdende V-vormige groeven in de basislaag via een daaroverheen liggende kaplaag, die van het tegengestelde geleidingstype is in vergelijking met de basislaag. Elk der foto-diodes 2 is voorzien van een zone van contact metallisatie 4 op een bovenoppervlak ervan, waarbij de metallisatie dient om een onderliggende foto-diode electrisch te koppelen met een (niet-weergegeven) uitleesinrichting, in een typerend geval via een (niet-weergegeven) indium bump (niet-adresseerbaar hulpgeheugen). Het bovenste oppervlak van de rangschikking 1 is eveneens voorzien, in overeenstemming met de uitvinding, van een passiveringslaag 5 bestaande uit een laag van groep II-VI materiaal, dat compositioneel een geleidelijk verloop vertoont als functie van de diepte.

Onder verwijzing thans naar fig. lb wordt daarin weergegeven in doorsnede, één van de foto-diodes van de rangschikking 1, in het bijzonder een dubbele laag HgCdTe hetero-keerlaag foto-diode 10 met een bodemoppervlak voor het·toelaten van infrarode straling. Foto-diode 10 bevat een basislaag 12, waarin de invallende straling geabsorbeerd wordt, waardoor ladingsdragers worden opgewekt. De straling absorberende basislaag 12 kan ofwel van het p-type, danwel van het n-type halfgeleidermateriaal zijn, en bezit een kaplaag 14, die van het tegengestelde geleidingstype is, ter vorming van een p-n keerlaar 15. Aldus, indien de straling absorberende basislaag 12 van het p-type HgCdTe is, is de kaplaag 14 van het n-type HgCdTe. Ladingdragers, opgewekt door de absorptie van infrarode straling, resulteren in een stroom, die vloeit over de keerlaag 15, welke vloeiende stroom gedetecteerd wordt door een (niet-weergegeven) uitleesschakeling, die gekoppeld is met de foto-diode 10.

De basislaag 12 kan bijvoorbeeld zijn van het p-type en kan gedoteerd 15 16 zijn met arsenicum in een concentratie van circa 5x10 tot circa 5x10 3 atomen/cm . De kaplaag 14 kan van het n-type gemaakt zijn door het materiaal te doteren met indium in een concentratie van circa 10^ tot circa 17 3 10 atomen/cm .

In overeenstemming met de voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding worden de bovenste oppervlakken van de Hg^ ^Cd^Te basislaag 12 en kaplaag 14 gepassiveerd door de chemische compositie een geleidelijk verloop te geven, of x-waarde loodrecht op het oppervlak; waarbij de chemische compositie een geleidelijk verloop krijgt vanaf dat van het actieve detec-tormateriaal naar een grotere x-waarde voldoende voor het creëren van een breder gebied in de verboden zone en waardoor een reflecterende barrière wordt opgewekt zowel voor electronen als voor gaten. Een zodanige laag 16 met geleidelijk verlopende passivering fungeert op voordelige wijze om het actieve detectormateriaal electrisch te scheiden van het inrichting oppervlak. Fotodetectors bijvoorbeeld, die een afsnij golflengte hebben van circa 12 micrometer, kunnen een x-waarde hebben van ongeveer 0,2, die een geleidelijk verloop heeft, in overeenstemming met de uitvinding, tot een x-waarde van circa 0,5 x 1,0 aan het buitenste oppervlak van de passiveringslaag.

In overeenstemming met een voorkeurswerkwijze van de uitvinding wordt het geleidelijk verloop van de passivering in de laag 16 uitgevoerd door een kationen substitutiewerkwijze, waardoor atomen in een groep II-substan-tie, zoals Cd of Zn, diffuus worden bij hoge temperatuur in het oppervlak van een daaronder gelegen materiaal in groep II-VI. Het onderliggende materiaal kan HgCdTe bevatten. De diffuus geworden atomen bezetten kationen plaatsen, die eerder bezet waren door Hg- en/of Cd-atomen. Verbeterde in-richtingsgedrag en stabiliteit worden gerealiseerd, omdat de p-n diode keerlaag 15, en een bijbehorende diode keerlaag verarmingsgebied, onder de geleidelijk verlopende passiveringslaag 16 begraven zijn en zij daarbij electrisch geïsoleerd zijn van storingen en onzuiverheden in het oppervlak, die anders het diodegedrag doen achteruitgaan.

Het zal duidelijk zijn, dat het gebied van de laag 16 met geleidelijk verlopende passivering een hetero-structuur vormt met het onderliggende detectormateriaal. Dat wil zeggen de kristallijne structuur van de passiveringslaag 16 is in hoofdzaak continu met de kristallijne structuur van de straling absorberende lagen. Deze kristallijne continuïteit zorgt op voordelige wijze voor een continue uitbreiding van de verboden zonestructuur van de HgCdTe-lagen 12 en 14, die typerende energieën hebben van 0,1 tot 0,3 eV, naar de bredere verboden zone van de laag 16 met geleidelijk verlopende passivering. De HgCdTe lagen 12 en 14 kunnen soortgelijke of geheel andere verboden energie-zones bezitten, die kleiner zijn dan die van de laag 16.

CdTe heeft bijvoorbeeld een verboden zone van circa 1,6 eV. Dit resulteert in een knik van de geleidingsband in een opwaartse richting, waardoor electronen uit het HgCdTe/CdTe grensvlak worden teruggedreven.

Deze bredere verboden zone resulteert voorts in het feit, dat de valentie band in neerwaartse richting knikt, waardoor gaten uit het grensvlak worden teruggedreven. Dit wordt weergegeven in fig. 2 en zal uitvoeriger hierna beschreven worden.

Nogmaals onder verwijzing naar fig. lb kan de diode 10 ook een bovenlaag van glas 18 bevatten, die uit elk geschikt diëlectrisch materiaal, zoals Si N., SiO of ZnS kan bestaan. Het contact 20 kan bestaan uit 3 4 2 elk geschikt materiaal dat werkzaam is ter vorming van een Ohms contact met de kaplaag 14. Bij voorkeur diffundeert het metallisch contact 20 niet op merkbare wijze in de kap-laag 14. Metalen die geschikt zijn ter vorming van het contact 20 zijn palladium en titaan.

Onder verwijzing thans naar fig. 2 wordt daarin een geïdealiseerd energie banddiagram weergegeven van de foto-diode 10 van fig. 1, waarbij de bredere verboden zone-passiveringslaag 16 bestaat uit CdTe en waarbij het smallere verboden zonemateriaal ofwel de HgCdTe basislaag 12 danwel de HgCdTe kaplaag 14 bevat. Zoals men kan zien wordt een continu varieerende potentiaal energie in de geleidingswand en valentieband weergegeven, zodat de geleidingsband omhoog en de valentieband omlaag gebogen wordt. Dit resulteert in het terugdrijven van zowel electronen als gaten uit het HgCdTe/geleidelijk verlopende passiveringsgrensvlak. Deze terugdrijving van zowel electronen als gaten uit het grensvlak, waarbij de relatieve hoge dichtheid van roosterdislokaties en onzuiverheden anders overmatige opper-vlaktetoestand generatiestromen en een gereduceerd levensduur van de ladingsdragers zou veroorzaken, heeft tot gevolg, dat de foto-diode volgens de uitvinding een superieur gedrag vertoont ten opzichte van conventionele met SiC^ gepassiveerde foto-diodes.

Voorts kan het bovenste oppervlak van de laag 16 met geleidelijk verlopende passivering gedoteerd worden teneinde ladingen op het bijv.

CdTe oppervlak te isoleren van het eronder gelegen HgCdTe oppervlak.

In het diagram van fig. 2 is het bovenste opper\?lak van de CdTe passive - ringslaag 16 gedoteerd met een onzuiverheid van het n-type. Desgewenst kan een onzuiverheid van het p-type in plaats daarvan worden toegepast.

Een typerende doteringsconcentratie van het bovenste oppervlak van de 17 3 passiveringslaag 16 is circa 10 atomen/cm .

Onder verwijzing naar fig. 3a-3f is daar een voorkeurswerkwijze geïllustreerd voor het vervaardigen van een in een hetero-junctie laag verlopende passivering. Ofschoon fig. 3a-3f deze voorkeurswerkwijze illustreren in relatie met een foto-diode van het mesa-type, zal het duidelijk zijn dat de werkwijze, volgens de uitvinding evenzeer toepasbaar is op HgCdTe foto-diodes van het planaire type en rangschikkingen ervan.

Fig. 3a toont een dwarsdoorsnede van een dubbellagige HgCdTe hetero-junctie-structuur 30, voorzien van een HgCdTe basislaag 32 en een HgCdTe-kaplaag 34. Basis- en kaplagen 32 en 34 kunnen elk gedoteerd worden met een geschikte onzuiverheid, zodanig dat de ene laag van het p-type en de andere laag van het n-type halfgeleidermateriaal is, of kunnen gemaakt zijn van het n-type of p-type door elke geschikte bekende werkwij ze.

Fig. 3b toont de structuur van fig. 3a nadat mesass 36 zijn geëtst om individuele diodes te isoleren, waarbij elke mesa een foto-diode definieert. De mesas 36 kunnen worden gecreëerd door gebruik te maken van conventionele fotolithografie- en etstechnieken. Vervolgens wordt een oppervlak-prepareerhandeling bewerkstelligd. In overeenstemming met een werkwijze volgens de uitvinding omvat de oppervlak prepareerhandeling een oppervlaketsproces, dat op selectieve wijze zowel Cd als Hg uit de belichte oppervlakgebieden van het HgCdTe materiaal verwijdert, waardoor het oppervlakgebied verarmt aan groep II-atomen. Dit oppervlak etsproces wordt hierna uitvoeriger beschreven. Een laag van source materiaal 38 wordt daarna opgebracht op het uitwendige oppervlak van de mesas 36 en blootliggende gedeelten van de stralingsabsorberende basislaag 32.

Deze laag van source materiaal wordt weergegeven in fig. 3c. In fig. 3d kan men zien, dat gedeelten van de source materiaallaag 38 daarna verwijderd worden om gebieden te definiëren, waar contact metallisering later zal worden gedeponeerd. In overeenstemming met een uitvoeringsvorm van de uitvinding, bestaat de laag 38 van source materiaal uit CdTe, dat wordt opgebracht door een thermisch verdampingsproces. Het zal duidelijk zijn echter, dat elk geschikt deponeringsproces kan worden toegepast om de laag 38 te deponeren. Ook kan de laag 38 iets anders dan CdTe bevatten. Zo kan de laag 38 elementair Cd bevatten, elementair Zn, een zinklegering zoals ZnTe, HgCeTe of HgZnTe, dat een bredere verboden energiezone bezit dan het onderliggende materiaal op elk geschikte groep II materiaal, dat een valentie van +2 bezit.

Fig. 3e toont de foto-diode structuur 30 na een verhittingsproces, die maakt, dat het Cd diffundeert uit de laag 38 van source materiaal in de Hg^ ^Cd^Te basislaag 32 resp. kaplaag 34. Dit verhittingsproces resulteert eveneens in een overeenkomstige diffussie van Hg in een tegengestelde richting. Deze binnenwaartse diffusie van Cd maakt, dat de compositie of x-waarde, geleidelijk verloopt van circa x = 1,0 aan het uitwendige oppervlak van de laag 38 naar die van de waarde x van ht HgCdTe, dat de basislaag 32 of kaplaag 34 bevat. Deze gediffundeerde laag of geleidelijk verlopend gebied, wordt schematisch weergegeven in fig.

3e als een aantal loodlijnen 39 op het oppervlak.

In fig. 3f wordt een volledig gedeelte weergegeven van de foto-diode rangschikking na het opbrengen van contactmetallisering 40 op de individuele foto-diodes. Fig. 3f toont eveneens de optische bovenlaag van glas 42.

Onder verwijzing naar fig. 4a-4d is daarin geïllustreerd een opper-vlaktegebied, dat verarmd is aan Hg en Cd, terwijl tevens geïllustreerd wordt de binnenwaartse diffusie van Cd of Zn gedurende een kationen sub-stitutieproces. Het mechanisme, dat het geleidelijke verloop in compositie van het oppervlaktegebied bewerkstelligt, is gerelateerd aan de diffusie van Cd atomen uit de sourcelaag 36 naar het onderliggende HgCdTe-oppervlak, waarin de Cd-atomen nabij het oppervlak kation plaatsen bezetten, die eerder bezet werden door Hg- en Cd-atomen. Dit kationen substitutieproces vindt plaats bij hogere temperaturen als gevolg van de thermische instabiliteit van de Hg-Te-binding. Wanneer eenmaal de Hg-Te-binding door thermische activering verbroken is, kan een binnenwaarts diffunderend Cd-atoom gebonden worden met het Te-atoom. Naarmate een toenemend aantal kation plaatsen worden bezet met Cd-atomen, neemt de x-waarde van het HgCdTe basisoppervlak en kaplaagoppervlak toe. Het resulterende geleidelijk verlopende profiel is dus een directe functie van het Cd-diffusie profiel. Als gevolg daarvan neemt de verboden energiezone van het geleidelijk verlopende gebied toe, terwijl tevens de chemische en thermische stabiliteit van dit gebied verbeterd wordt.

De Hg- en Cd-atomen kunnen worden verwijderd uit het bovenste opper-vlakgebied gedurende het hiervoor genoemde oppervlak etsproces, dat een oplossing van broom en ethyleenglycol kan toepassen, waarbij de broom concentratie in een typerend geval 0,25 vol.% bedraagt. De etsoplossing kan in contact gelaten worden met het oppervlak gedurende ongeveer 1 tot 2 minuten. Zoals men in fig. 4a kan zien wordt het oppervlaktegebied van de HgCdTe massa daardoor verarmd zowel aan Hg als aan Cd, waarbij de hoeveelheid verarming een functie is van de diepte in het materiaal van de massa. Zoals men in fig. 4b kan zien, is de sourcelaag 36 aangebracht over het verarmde bovenste oppervlakgebied. Het uitwendige gedeelte van het bovenste oppervlak wordt in een typerend geval verontreinigd door een oxide- en/of koolwaterstoflaag. Deze verontreinigde laag kan een diepte hebben van circa 100 A.E. Onder deze verontreinigde oppervlakte-laag bevindt zich de verarmde laag, waarin een aantal vacante kation plaatsen beschikbaar is, welke plaatsen, in overeenstemming met de uitvinding, worden opgevuld door , bijv. Cd-atomen, welke naar binnen toe diffunderen vanuit de sourcelaag 36 gedurende een uitgloeiingsproces.

Tijdens dit uigloeien kunnen sommige Hg atomen, die buitenwaarts uit het massamateriaal diffunderen, tevens de Cd-rijke laag binnentreden. Als gevolg van het substantiële verschil tussen de bindingsenergieën van de Cd-Te- en Hg-Te-bindingen, binden deze Hg-atomen zich niet op blijven niet gebonden met het Te, wegens de tijdens het uitgloeien toe gepaste hogere temperatuur. Aldus dragen deze Hg-atomen niet op significante wijze bij aan de samenstelling van deze laag, welke als gevolg daarvan verrijkt wordt met Cd. Deze Cd verrijkte laag, zoals vermeld is, verloopt qua compositie geleidelijk als functie van de diepte en heeft ook een bredere verboden energiezone dan het onderliggende HgCdTe massa-materiaal. De met Cd verrijkte laag kan een diepte hebben vanaf circa enige honderden A.E. tot verscheidene duizenden A.E.; waarbij 5000 A.E. een typerende waarde is, die afhangt van het oppervlak-prepareerproces en de uitgloeitijd en -temperatuur. Het zal duidelijk zijn, dat de naar binnen toe diffunderende Cd-atomen de kation-vacante plaatsen opvult, gecreërd door het oppervlak-prepareerproces, binnen een gebied met een dikte van circa 100 A.E., en ook naar binnen toe diffundeert naar veel grotere diepten. Deze Cd-atomen vervangen Hg-atomen voor het creëren van een qua compositie geleidelijk verlopend gebied van verscheidene duizenden A.E. dikte. Als zodanig kunnen bij benadering duizend moleculaire lagen van HgCdTe bestaan binnen het verrijkte gebied, waarbij de lagen dichterbij het oppervlak rijker zijn aan Cd dan de lagen dichter bij het massamateriaal, gedeeltelijk het gevolg van het verarmingspro-fiel, gecreëerd tijdens het oppervlaketsproces. Aldus heeft deze verrijkte laag qua compositie een dusdanig geleidelijk verloop dat de waarde van x het hoogst is aan het bovenste oppervlak van de verrijkte laag en geleidelijk de waarde x van het onderliggende massamateriaal benadert.

Het prepareren van het bovenste oppervlaktegebied kan een verarming veroorzaken aan groep II-atomen of niet. In een uitvoeringsvorm van de uitvinding is het oppervlak geprepareerd zodanig dat het stoechiometrisch is (d.w.z. er is geen verarming aan Cd of Hg). Dit stoechimetrische oppervlaktegebied wordt dan uitgegloeid zodanig dat Hg-atomen, die bevrijd worden uit de structuur als gevolg van thermische effecten, vervangen worden door Cd-atomen. Dit prepareren van het oppervlak en vervolgens het uitgloeien daarvan maakt dat de verboden zone aan het uitwendige oppervlak wordt verbreed door kationen substitutie. Deze substitutie vindt plaats als volgt: bij 400°C (in een verzadigde Hg atmosfeer) is de thermische energie voldoende om de Hg-Te bindingen te verbreken, waardoor Hg-atomen in het HgCdTe kristalrooster vrijgemaakt worden. Vervolgens worden Cd-atomen, die bezig zijn te diffunderen in het HgCdTe uit het bovenliggende Cd sourcemateriaal, gecombineerd met de Te-atomen ter vorming van de thermisch meer stabiele Cd-Te bindingen.

Fig. 4c toont een analoge structuur voor de ternaire verbinding

Hg,, ,Zn Te, waarin Zn naar binnen toe gediffundeerd wordt vanuit (1-x) x de sourcelaag 36 teneinde vacante kation plaatsen te bezetten, die beschikbaar gemaakt worden door het hiervoor genoemde oppervlak-etsproces en diffusieproces.

Zoals men kan inzien dient de Cd-rijke laag met bredere verboden zone tevens om het onderliggende HgCdTe materiaal te isoleren van de verontreinigde oppervlaktelaag, waardoor de oppervlak recombinatie- en lekstroom-effecten op gunstige wijze gereduceerd worden. Dat wil zeggen, ladingdragers binnen de het onderliggende HgCdTe worden teruggedreven, weg van het verontreinigde oppervlak door de Cd-rijke laag met bredere verboden zone. Aldus kan de werkwijze volgens de uitvinding op voordelige wijze worden toegepast gedurende de fabrikage van diverse typen van fotodetec-terende inrichtingen, andere soorten bipolaire keerlaaginrichtingen, ladings gekoppelde inrichtingen (CCD's) en ook inrichtingen van het metaal-isolator-halfgeleider (MIS) type, zoals MIS condensatoren. De uitvinding kan ook op voordelige wijze worden toegepast voor de fabrikage van op infrarood straling reagerende fotogeleiders.

Zoals weergegeven in fig. 4d kan de werkwijze volgens de uitvinding worden gebruikt voor het creëren van een laag met geleidelijk verlopende passivering en bredere verboden energiezone, die een quarternaire compositie heeft. Dat wil zeggen, het onderliggende massa-materiaal kan bestaan uit HgCdTe, terwijl de sourcelaag 36 kan bestaan uit Zn of ZnTe. De resulterende compositie van de passiveringslaag is dus de quarternaire legering HgCdZnTe. Anderzijds kan liet massa-materiaal. HgZnTe bevatten, terwijl de sourcelaag Cd kan bevatten.

In overeenstemming met een voorkeurswerkwijze volgens de uitvinding, wordt de structuur 30 van fig. 3 eerst uitgegloeid bij circa 400°C gedurende ongeveer 4 uur in een verzamelde Hg dampatmosfeer voor het bewerkstelligen van het gewenste profiel van het geleidelijke passiveringsverloop. Dit eerste uitgloeien wordt gevolgd door een tweede uitgloeien bij circa 250°C gedurende ongeveer 4 uur op een stoechiometrische hoeveelheid Hg in het absorberende gebied van het hulpmateriaal opnieuw tot stand te brengen.

Deze uitgloeiingsstappen worden in een typerend geval uitgevoerd in een ampul, met een partiële Hg-druk.

In fig. 5 wordt de experimenteel gemeten Cd-concentratie versus de diepte weergegeven als de functie van de uitgloeitijd bij 400°C in een verzamelde Hg damp. Zoals men kan zien, varieert de Cd-concentratie op een wijze loodrecht op het oppervlak en heeft een geleidelijk afnemende concentratie.

In fig. 6a en 6b wordt een vergelijking weergegeven van I-V krommen, voor diodes, die gepassiveerd zijn in overeenstemming met de uitvinding resp. voor conventionele SiO^ gepassiveerde LWIR fotodiodes, die beide gefabriceerd zijn uit hetzelfde plaatje (wafer) van HgCdTe.

Fig. 7a en 7b tonen een vergelijking van RqA als een functie van opslagtijd bij 100°C voor een gegradeerde laag CdTe en conventioneel SiO^ gepassiveerde LWIR 5x5 rangschikking resp. geïsoleerde diodes met variabel oppervlak.

In beide fig. 6 en 7 kan men gemakkelijk zien, dat infrarood fotodiodes geconstrueerd in overeenstemming met de uitvinding superieure ge-dragseigenschappen bezitten in vergelijking met fotodiodes, geconstrueerd in overeenstemming met een conventionele SiO^ passiveringslaag.

Zoals eerder vermeld is, zijn uitvoeringsvormen van de uitvinding hierin beschreven, die momenteel de voorkeur verdienen. Het is mogelijk, dat deskundigen op dit vakgebied wijzigingen kunnen bedenken in deze voorkeursuitvoeringen gebaseerd op de hieraan voorafgaande beschrijving. Ofschoon bijv. de momenteel de voorkeur verdienende uitvoeringsvormen van de uitvinding geopenbaard zijn in de context van een mesa-type rangschikking van fotodiodes, dient men zich te realiseren, dat de inzichten van de uitvinding eveneens van toepassing zijn op foto-diodes van het planaire type, en in het algemeen op alle inrichtingen, zoals foto-geleiders, CCD's of MIS inrichtingen bestaande uit groep II-VI materiaal. Aldus moet het duidelijk zijn, dat de uitvinding niet beperkt is tot enkel de voorkeursuitvoeringsvormen, zoals hierboven geopenbaard, maar in plaats daarvan bedoeld is om enkel beperkt te worden, zoals gedefi-niëerd door de bijgaande conclusies.

Claims

1. Werkwijze voor het vormen van een passiveringsgebied op een half— geleiderinrichting, waarbij men: - uitgaat van een lichaam bestaande uit materiaal van groep II-VI, dat in de verboden zone een karakteristieke energie of energiën bezit; - een oppervlaktegebied van het lichaam prepareert; - een laag vormt bestaande uit atomen van groep II, welke laag over het geprepareerde oppervlak van het lichaam heen ligt; en - een passiveringsgebied vormt binnen het geprepareerde oppervlakge-gebied, waarbij de atomen van groep II kationplaatsen bezetten in geleidelijk afnemende concentratie als functie van de diepte in het oppervlaktegebied.

2. Werkwijze volgens conclusie I, waarbij de stap om een lichaam van materiaal uit de groep II-VI te verschaffen, wordt bewerkstelligd door het verschaffen van een lichaam uit Hg, .Cd Te, Hg, .Zn Te of HgCdZnTe. II—x7 x II—x7 ^

3. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij de stap van het vormen van een laag, wordt bewerkstelligd door het vormen van een laag bestaande uit Cd, Zn, CdTe, ZnTe, of uit HgCdTe of HgZnTe met een bredere verboden ener-giezone dan de karakteristieke verboden zone energie of energiën van het lichaam.

4. Werkwijze volgens conclusie 3 en voorts bevattende een handeling om een bovenste oppervlak van het passiveringsgebied te doen keren.

5. Werkwijze volgens conclusie 1, waarbij de handeling van het vormen van een passiveringsgebied een uitgloeiingshandeling omvat van het lichaam bij een vooraf bepaalde temperatuur gedurende een vooraf bepaald tijdsinterval .

6. Werkwijze volgens conclusie 5, waarbij de handeling van het uitgloeien wordt bewerkstelligd bij circa 400°C gedurende ongeveer 4 uur in een verzadigde Hg dampatmosfeer.

7. Werkwijze volgens conclusie 6, waarbij de handeling van het uitgloeien een verdere uitgloeihandeling omvat bij circa 250°C gedurende ongeveer 4 uur.

8. Werkwijze volgens conclusie I en verder bevattende een handeling voor het vormen van een laag bestaande uit een diëlektrisch materiaal over een oppervlak van het passiveringsgebied.

9. Werkwijze voor het vormen van een passiveringsgebied op een half-geleiderinrichting bevattende de stappen, waarbij: - een lichaam verschaft wordt, bestaande uit materiaal van groep II- VI met een karakteristieke verboden energie- of energieënzone; - een bovenste oppervlakgebied van het lichaam verarmd wordt aan groep II atomen teneinde daarin kation-vacante plaatsen te vormen; - een laag gevormd wordt bestaande uit groep II-atomen, gelegen over het uitgeputte gebied; en - een passiveringsgebied gevormd wordt tenminste binnen het bovenste oppervlakgebied van het lichaam, terwijl de groep II atomen de kation-vacante plaatsen bezet in geleidelijk afnemende concentratie als functie van de diepte in het gebied.

10. Werkwijze volgens conclusie 9, waarbij de handeling om een lichaam van materiaal uit groep II-VI tot stand gebracht wordt door het verschaffen van een lichaam van Hg., .Cd Te, Hg. .Zn Te of HgCdZnTe.

11. Werkwijze volgens conclusie 9, waarbij de handeling voor het vormen van een laag, tot stand gebracht wordt door een laag te vormen bestaande uit Cd, Zn, CdTe, ZnTe of uit HgCdTe of HgZnTe met een bredere verboden energiezone dan de karakteristieke verboden energie of energieën zone van het lichaam.

12. Werkwijze volgens conclusie 9 en voorts bevattende een doterings-handeling van een bovenste oppervlak van het passiverende gebied.

13. Werkwijze volgens conclusie 9, waarbij de handeling voor het vormen van een passiveringsgebied een uitgloeihandeling omvat van het lichaam bij een vooraf bepaalde temperatuur gedurende een vooraf bepaald tij dsinterval.

14. Werkwijze volgens conclusie 13, waarbij de handeling van het uitgloeien wordt bewerkstelligd bij ongeveer 400°C gedurende ongeveer 4 uur in een verzadigde Hg dampatmosfeer.

15. Werkwijze volgens conclusie 14, waarbij de handeling van het uitgloeien een verdere uitgloeihandeling omvat bij circa 250°C gedurende ongeveer 4 uur.

16. Werkwijze volgens conclusie 9, bevattende voorts een handeling om een laag te vormen bestaande uit een diëlektrisch materiaal over een oppervlak van het passiveringsgebied.

17. Werkwijze volgens conclusie 9, waarbij de uitputtingshandeling wordt bewerkstelligd door het etsen van een oppervlak van het lichaam.

18. Werkwijze volgens conclusie 17, waarbij het oppervlak geëtst wordt met een broomoplossing.

19. Rangschikking van op infraroodstraling reagerende fotodiodes, gefabriceerd door een proces, bevattende de volgende handelingen: - het verschaffen van een stralingsabsorptielaag met een oppervlak voor het toelaten van infraroodstraling voor het opwekken van ladingdragers uit geabsorbeerde infraroodstraling, welke straling absorberende laag bestaat uit een materiaal van groep II-VI van het eerste electrische geleidingstype; - het vormen van een aantal gebieden in contact met de laag, welke gebieden een materiaal bevatten van groep II-VI, dat van het tegengestelde electrische geleidingstype is uit de laag voor het vormen van een aantal p-n diode keerlagen daarmee aan het grensvlak tussen de laag en elk der gebieden; - het preparen van oppervlakgebieden van tenminste blootgestelde oppervlakken van de p-n diode keerlagen; en - het vormen van een passiveringsgebied binnen de geprepareerde oppervlakgebieden, waarbij het passiveringsgebied bestaat uit atomen van groep IV die gediffundeerd zijn in de geprepareerde oppervlakgebieden, waarbij de atomen van groep II materiaal kationen plaatsen bezetten in afnemende concentratie als functie van de diepte in de geprepareerde oppervlakte-gebieden; en waarbij - de straling absorberende laag en het aantal gebieden een eerste verboden energiezone resp. een tweede verboden energiezone bezitten, en waarbij het passiveringsgebied een derde verboden energiezone bezit, die breder is dan welke dan ook van de eerste of de tweede verboden energie zone.

20. Rangschikking van fotodiodes vervaardigd met de werkwijze volgens conclusie 19, waarbij de straling absorberende laag en het aantal gebieden bestaan uit HgCdTe en waarbij de kationplaatsen worden bezet door cadmium atomen met een geleidelijk afnemend concentratieprofiel als functie van de diepte in de geprepareerde oppervlaktegebieden.

21. Rangschikking van fotodiodes vervaardigd met de werkwijze volgens conclusie 19, waarbij de straling absorberende laag en het aantal gebieden uit HgCdTe bestaan en waarbij de kationplaatsen worden bezet door zinkatomen met een geleidelijk afnemend concentratieprofiel als functie van de diepte in het geprepareerde oppervlaktegebied.

22. Rangschikking van fotodiodes vervaardigd met de werkwijze volgens conclusie 19, waarbij de straling absorberende laag en elk van het aantal gebieden bestaan uit HgZnTe en waarbij de kation-pl.aatsen worden bezet door cadmium atomen met een geleidelijk afnemend concentra-tieprofiel als functie van de diepte in de geprepareerde oppervlakte gebieden.

23. Rangschikking van fotodiodes vervaardigd met de werkwijze volgens conclusie 19, waarbij de straling absorberende laag en elk der gebieden bestaan uit HgZnTe en waarbij de kation-plaatsen bezet worden door zinkatomen met een geleidelijk afnemend concentratieprofiel als functie van de diepte in de geprepareerde oppervlaktegebieden.

24. Rangschikking van fotodiodes vervaardigd met de werkwijze volgens conclusie 19, waarbij een bovenste oppervlak van het passiverings-gebied gedoteerd is.

25. Werkwijze voor het vervaardigen van een rangschikking van infrarood fotodiodes, bevattende de volgende handelingen: - het verschaffen van een infrarood straling absorberende basislaag en een aantal gebieden in contact met de basislaag, waarbij de basislaag en elk der gebieden bestaan uit materiaal van groep II-VI en welke van het electrisch tegengestelde geleidingstype zijn, om en om, voor het definiëren bij een grensvlak daartussen van een aantal p-n diodekeerlagen, waarbij de basislaag een eerste karakteristieke verboden energiezone bezit en de gebieden een tweede karakteristieke verboden energiezone bezitten; - het prepareren van een bovenste oppervlaktegebied van tenminste elk der p-n diodekeerlagen; - het deponeren van een laag bestaande uit een materiaal van groep XI over de geprepareerde oppervlaktegebieden; en - het uitgloeien van de gedeponeerde laag en het onderliggende materiaal van groep II-VI bij een eerste vooraf bepaalde temperatuur gedurende een eerste vooraf bepaald tijdsinterval, zodanig dat groep II-atomen van de gedeponeerde laag diffunderen in de onderliggende geprepareerde oppervlaktegebieden, terwijl de groep II-atomen reageren met groep VI-atomen, waardoor een passiveringsgebied gevormd wordt met een bredere verboden energieband dan het onderliggende materiaal van groep II-VI.

26. Werkwijze volgens conclusie 25, waarbij de straling absorberende laag en de gebieden bestaan uit HgCdTe en waarbij het passiveringsgebied een gebied bevat, dat verrijkt is met cadmium atomen met een geleidelijk afnemend concentratieprofiel als functie van de diepte in het oppervlak van elk der p-n diodekeerlagen.

27. Werkwijze volgens conclusie 25, waarbij de stralingsabsorberende laag en de gebieden bestaan uit HgCdTe en waarbij het passiveringsgebied een gebied bevat, dat verrijkt is met zinkatomen met een geleidelijk afnemend concentratieprofiel als functie van de diepte in het oppervlak van elk der p-n diodekeerlagen.

28. Werkwijze volgens conclusie 25, waarbij de straling absorberende laag en elk der gebieden bestaan uit HgZnTe en waarbij het passiverings- gebied een gebied bevat, dat verrijkt is met cadmium atomen met een geleidelijk afnemend concentratieprofiel als functie van de diepte in het oppervlak van elk der p-n diode keerlagen.

29. Werkwijze volgens conclusie 25, waarbij de straling absorberende laag en elk der gebieden bestaan uit HgZnTe en waarbij het passiverings-gebied een gebied bevat, dat verrijkt is met zinkatomen met een geleidelijk afnemend concentratieprofiel als functie van de diepte in het oppervlak van elk der p-n diode keerlagen.

30. Werkwijze volgens conclusie 25, waarbij de straling absorberende basislaag en elk der gebieden bestaan uit Hg,. ,Cd Te en waarbij de U xJ x gedeponeerde laag bestaat uit Cd.

31. Werkwijze volgens conclusie 30, waarbij het passiveringsgebied een geleidelijk verlopend gebied is, bestaande uit Hg^^^Cd^Te met een waarde van x gelijk aan ongeveer 0,5 tot ongeveer 1,0 bij een bovenste oppervlak ervan, terwijl de waarde van x geleidelijk verloopt in een richting loodrecht op het oppervlak, zodanig dat de waarde van x op een vooraf bepaalde diepte bij benadering gelijk is aan de waarde van x van de onderliggende basislaag en gebieden.

32. Werkwijze volgens conclusie 25, met het kenmerk, dat de straling absorberende basislaag en elk der gebieden bestaan uit Hg^ ^Zn^Te en waarbij de gedeponeerde laag bestaat uit Zn.

33. Werkwijze volgens conclusie 32, waarbij het passiveringsgebied een gebied met een geleidelijk verloop is, bestaande uit Hg ^Zn^Te met een x-waarde gelijk aan circa 0,5 tot circa 1,0 aan een bovenste oppervlak ervan, waarbij de waarde van x geleidelijk verloopt in een richting loodrecht op het oppervlak zodanig dat de waarde van x op een vooraf bepaalde diepte bij benadering gelijk is aan de waarde van x van de onderliggende basislaag en gebieden.

34. Werkwijze volgens conclusie 25, waarbij de uitgloeihandeling wordt verricht bij een temperatuur van circa 400°C gedurende circa 4 uur in een ampul bevattende een partiële Hg druk.

35. Werkwijze volgens conclusie 34, waarbij de uitgloeihandeling een extra uitgloeihandeling bevat bij een temperatuur van circa 250°C gedurende circa 4 uur in een ampul bevattende een partiële Hg druk.

36. Werkwijze volgens conclusie 25, bevattende voorts de handeling van het doteren van het bovenste oppervlak van het passiveringsgebied.

37. Werkwijze volgens conclusie 25, waarbij de prepareerhandeling tot stand gebracht wordt door het oppervlak te etsen.

38. Werkwijze volgens conclusie 37, waarbij het oppervlak geëtst wordt met een broomoplossing.

39. Werkwijze volgens conclusie 25, waarbij de straling absorberende basislaag en elk der gebieden bestaan uit HgCdZnTe en waarbij de gedeponeerde laag bestaat uit Zn.

40. Werkwijze volgens conclusie 25, waarbij de straling absorberende basislaag en elk der gebieden bestaan uit HgCdZnTe en waarbij de gedeponeerde laag bestaat uit Cd.

41. Werkwijze voor het passiveren van een oppervlak van een lichaam bestaande uit materiaal van groep II-VI, bevattende de volgende stappen: - het verschaffen van het lichaam van materiaal uit groep II-VI; - het verarmen van een te passiveren oppervlaktegebied aan groep II atomen voor het creëren daarin van vacante kationplaatsen; - het deponeren van een laag bestaande uit groep II atomen over het verarmde oppervlaktegebied; en - het uitgloeien van het lichaam en de laag bij een gegeven temperatuur gedurende een gegeven tijdsperiode, zodanig dat de groep II atomen binnen de laag diffunderen in het verarmde oppervlaktegebied en substitueren in de vacante kationplaatsen daarin, waardoor een verboden energie zone van-het oppervlaktegebied toeneemt en het oppervlak wordt gepassi-veerd.

42. Werkwijze volgens conclusie 41, waarbij de handeling van het verarmen vacante kationplaatsen creëert in geleidelijk afnemende aantallen als functie van de diepte vanaf het oppervlak.

43. Werkwijze volgens conclusie 42, waarbij het gepassiveerde oppervlak groep atomen II bevat in geleidelijk afnemende concentratie als functie van de diepte vanaf het oppervlak.

44. Werkwijze volgens conclusie 42, waarbij de handeling van het verarmen wordt bewerkstelligd door het etsen van het oppervlak met een broomoplossing.

45. Werkwijze volgens conclusie 41, bevattende voorts een doterings-stap van het gepassiveerde oppervlak.

46. Werkwijze volgens conclusie 41, waarbij de handeling om een lichaam te verschaffen uit materiaal van groep II-VI, bewerkstelligd wordt door een rangschikking te verschaffen van op infraroodstraling reagerende fotodiodes.

47. Werkwijze volgens conclusie 41, waarbij de handeling van het verschaffen van een lichaam uit materiaal van groep II-VI, wordt bewerkstelligd door het verschaffen van een rangschikking van op infrarood straling reagerende fotogeleiders.

48. Werkwijze voor het passiveren van een oppervlak van een lichaam bestaande uit materiaal van groep II-VI, bevattende de volgende handeling: - het verschaffen van een lichaam van materiaal uit groep II-VI van nagenoeg stoechiometrische samenstelling; - het deponeren van een laag bestaande uit groep II atomen over een oppervlak van het .lichaam; en - het uitgloeien van het lichaam en de laag, zodanig dat groep II atomen uit de laag vacante kationplaatsen binnen het lichaam bezetten, waarbij de vacante kationplaatsen gecreëerd worden tenminste door thermische effecten veroorzaakt door de uitgloeiingshandeling.

49. Werkwijze volgens conclusie 48, waarbij de uitgloeihandeling vacante kationplaatsen creëert in geleidelijk afnemende aantallen als functie van de diepte vanaf het oppervlak.

50. Werkwijze volgens conclusie 48, bevattende voorts een doterings-handeling van het gepassiveerde oppervlak.