RU2521156C2 - Semiconductor infrared photodiode - Google Patents

Semiconductor infrared photodiode Download PDF

Info

Publication number
RU2521156C2
RU2521156C2 RU2011140568/28A RU2011140568A RU2521156C2 RU 2521156 C2 RU2521156 C2 RU 2521156C2 RU 2011140568/28 A RU2011140568/28 A RU 2011140568/28A RU 2011140568 A RU2011140568 A RU 2011140568A RU 2521156 C2 RU2521156 C2 RU 2521156C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
contact
region
photodiode
contacts
perimeter
Prior art date
Application number
RU2011140568/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011140568A (en
Inventor
Борис Анатольевич Матвеев
Original Assignee
ООО "Иоффе ЛЕД"
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ООО "Иоффе ЛЕД" filed Critical ООО "Иоффе ЛЕД"
Priority to RU2011140568/28A priority Critical patent/RU2521156C2/en
Publication of RU2011140568A publication Critical patent/RU2011140568A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2521156C2 publication Critical patent/RU2521156C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Light Receiving Elements (AREA)

Abstract

FIELD: physics, optics.
SUBSTANCE: invention relates to semiconductor optoelectronics, specifically to infrared detectors, and can find application in spectrometers, detection and monitoring systems, security, fire-protection and communication systems. The infrared photodiode (1) has p and n regions (2, 3, 7) with current-conducting opaque contacts (4, 5) and an active region which is electrically connected to the p-n junction (6), wherein one or more contacts on the surface of the region which receives photons from the investigated object have a common perimeter, the value of which is selected from a range of values associated with the current spreading length. Contacts on the surface of the region receiving photons from the investigated object have elements with a repeating geometric shape, e.g. in form of a spiral or cellular structure. The active region of the photodiode is made of INAsSb, InAs, InGaAsSb, and the layer on the illuminated side is made of INAs1-x-y SbxPy (o<x<0.2, y=(2-2.2)·x) and has contacts from a series of metal layers Cr-Au1-w-Znw-Ni-Au, wherein the Cr layer adjoins the surface of the p region, and w=0.01-0.2.
EFFECT: photodiode according to the invention provides high photosensitivity to radiation in the middle infrared region of the spectrum.
8 cl, 6 dwg, 3 ex

Description

Изобретение относится к области полупроводниковой оптоэлектроники, конкретно - к приемникам инфракрасного (ИК) излучения, и может найти применение в спектрометрах, в системах обнаружения, слежения, охранных и противопожарных системах и связи.The invention relates to the field of semiconductor optoelectronics, specifically to infrared (IR) radiation receivers, and may find application in spectrometers, detection, tracking systems, security and fire protection systems and communications.

В спектральной области (3-5 мкм) доминирующее положение по объему использования занимают фотодетекторы из CdHgTe и PdSe(PbS). Это связано отчасти с хорошо проработанной технологией постростовой обработки этих материалов и исключительно большим диапазоном изменения ширины запрещенной зоны в CdHgTe, позволяющим изготавливать фотодиоды как в первом, так и во втором окне прозрачности атмосферы [1, 2]. Методы получения PbSe(PbS) достаточно просты, и исследования фотоприемников на их основе были начаты в середине прошлого века. В то же время для обоих упомянутых материалов характерно наличие шума 1/f, кроме этого получения высоких значений обнаружительной способности требуется, как правило, термоэлектрическое охлаждение.In the spectral region (3-5 μm), photodetectors from CdHgTe and PdSe (PbS) occupy a dominant position in terms of volume of use. This is partly due to the well-developed technology for the post-growth processing of these materials and the exceptionally large range of band gap changes in CdHgTe, which makes it possible to produce photodiodes in both the first and second atmospheric transparency windows [1, 2]. The methods for producing PbSe (PbS) are quite simple, and studies of photodetectors based on them were started in the middle of the last century. At the same time, both materials are characterized by the presence of 1 / f noise; in addition to this, high detection values are required, as a rule, thermoelectric cooling.

Альтернативой указанным материалам являются полупроводники A3B5, которые в отличие от вышеуказанных обладают металлургической стабильностью и невосприимчивостью к влаге. Основные исследования, направленные на создание фотодиодов из наиболее подходящего для диапазона (3-5 мкм) полупроводника - арсенида индия - были выполнены в 70 годы прошлого века, и уже несколько десятилетий на рынке имеются промышленно выпускаемые фирмами Hamamatsu, AG&G фотодиоды с красной границей при 3.6 мкм на основе гомо p-n-структур. Вместе с тем, фотодиоды на основе гомо p-n-переходов обладают невысокими значениями сопротивления в нуле смещения. Так, например, в работе [3] приводятся значения R0=30-55 Ом (R0A~0.1 Ом·см2) для структур, полученных на подложке p-InAs методом MOCVD, что недостаточно для многих применений. Поэтому актуальны фотодиоды, в которых используются гетероструктуры, позволяющие достигать высоких значений R0A. Так, например, при использовании широкозонного «окна» на поверхности InAs, расширяющего спектральную кривую в область коротких длин волн, удалось снизить поверхностную рекомбинацию [4] и избежать проблем, связанных с образованием инверсного слоя на поверхности арсенида индия р- типа [5] с одновременным увеличением значения R0A.An alternative to these materials are A 3 B 5 semiconductors, which, unlike the above, have metallurgical stability and are immune to moisture. The main studies aimed at creating photodiodes from the semiconductor most suitable for the range (3-5 microns) - indium arsenide - were carried out in the 70s of the last century, and for several decades there have been industrial photodiodes manufactured by Hamamatsu, AG&G with a red border at 3.6 microns based on homo pn structures. At the same time, photodiodes based on homo pn junctions have low resistance values at the zero bias. So, for example, in [3] the values of R 0 = 30-55 Ohm (R 0 A ~ 0.1 Ohm · cm 2 ) are given for structures obtained on the p-InAs substrate by the MOCVD method, which is not enough for many applications. Therefore, photodiodes in which heterostructures are used to achieve high values of R 0 A are relevant. Thus, for example, by using a wide-gap “window” on the InAs surface that extends the spectral curve to the region of short wavelengths, it was possible to reduce surface recombination [4] and avoid problems associated with the formation of an inverse layer on the surface of p-type indium arsenide [5] with a simultaneous increase in the value of R 0 A.

Создание фотоприемников с границей фоточувствительности на длине волны 4-5 мкм было связано, в основном, с использованием InAsSb в качестве материала активной области. Освещаемые с неэпитаксиальной стороны слои InAsSb получали на подложках n-InAs (точнее - на буферных слоях n-InAsSb, предварительно выращенных на InAs) [6], на подложках GaAs [7] или GaSb [8]. В последнем случае применялся твердый раствор состава InAsSb0.1, имеющий одинаковый с GaSb период решетки при температуре эпитаксии.The creation of photodetectors with a photosensitivity boundary at a wavelength of 4-5 μm was mainly associated with the use of InAsSb as the material of the active region. InAsSb layers illuminated from the non-epitaxial side were obtained on n-InAs substrates (more precisely, on n-InAsSb buffer layers previously grown on InAs) [6], on GaAs [7], or GaSb [8] substrates. In the latter case, an InAsSb 0.1 solid solution was used, which has the same lattice period with GaSb at the epitaxy temperature.

Известен фотодиод для среднего инфракрасного диапазона спектра, включающий p- и n-области с токоподводящими контактами, разделенные p-n-переходом, активную область, электрически связанную с p-n-переходом, при этом по крайней мере один из контактов на поверхности области, принимающей фотоны от изучаемого объекта, выполнен прозрачным в рабочей области длин волн [9]. В известном решении на поверхности структуры GaSb/In(Al)GaAsSb методом распыления в вакууме был нанесен сплошной токоподводящий контакт из CdO, или ZnO, или RuSiO4. Указанные материалы контакта имели прозрачность >80%, что обеспечивало возможность минимизации затенения контактом активной области и повышение фоточувствительности. Однако используемые материалы обладают невысоким коэффициентом преломления (см. таблицу 1), поэтому наличие контактов из этих материалов на светопринимающей поверхности создает трудности для изготовления эффективных иммерсионных фотодиодов. Зависимость обнаружительной способности иммерсионных ФД от коэффициента преломления слоев, расположенных между ФД и линзой, рассмотрена в [10].A photodiode is known for the mid-infrared range of the spectrum, including p- and n-regions with current-conducting contacts separated by a pn junction, an active region electrically connected to the pn junction, at least one of the contacts on the surface of the region receiving photons from the studied object made transparent in the working region of wavelengths [9]. In the known solution, a continuous current-conducting contact of CdO, or ZnO, or RuSiO4 was deposited on the surface of a GaSb / In (Al) GaAsSb structure by sputtering in vacuum. These contact materials had a transparency> 80%, which made it possible to minimize contact shadowing of the active region and increase photosensitivity. However, the materials used have a low refractive index (see table 1), therefore, the presence of contacts from these materials on the light-receiving surface creates difficulties for the manufacture of effective immersion photodiodes. The dependence of the detection ability of immersion PDs on the refractive index of the layers located between the PD and the lens was considered in [10].

Таблица 1Table 1 Оптические характеристики материалов контактовOptical characteristics of contact materials Материал контактаContact material CdOCdo ZnOZno RuSiO4 RuSiO 4 Показатель преломления λ=2.2 мкмRefractive Index λ = 2.2 μm 1.781.78 1.811.81 1.751.75

Известен фотодиод для среднего инфракрасного диапазона спектра [11], совпадающий с заявляемым техническим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип, при этом фотодиод-прототип отражает наиболее распространенную версию конструкции, используемую на практике [12], [13]. Фотодиод-прототип включает p- и n-области с токоподводящими непрозрачными контактами, разделенные p-n-переходом, активную область, электрически связанную с p-n-переходом, и один контакт на поверхности области, принимающей фотоны от изучаемого объекта. Эпитаксиальная структура для фотодиода была получена на подложке GaSb последовательным выращиванием методом молекулярно-пучковой эпитаксии слоя твердого раствора n-GaInAsSb, легигованного теллуром (Te) толщиной 2 мкм, и слоя p-GaInAsSb, легированного германием (Ge) толщиной 1 мкм. При этом активная область была выполнена из твердого раствора InGaAsSb, имеющего период решетки, близкий к периоду решетки GaSb, диаметр меза-диода, т.е. диаметр активной области составлял 300 мкм, а контакт, состоящий из сплава AuGe, занимал лишь небольшую часть структуры. Диаметр контакта согласно [12] составлял 50 мкм.Known photodiode for the middle infrared range of the spectrum [11], which coincides with the claimed technical solution for the largest number of essential features and adopted as a prototype, while the photodiode prototype reflects the most common version of the design used in practice [12], [13]. The prototype photodiode includes p- and n-regions with current-carrying opaque contacts separated by a pn junction, an active region electrically connected to the pn junction, and one contact on the surface of the region receiving photons from the object under study. The epitaxial structure for the photodiode was obtained on a GaSb substrate by sequentially growing by a molecular beam epitaxy method a layer of an n-GaInAsSb solid solution doped with tellurium (Te) 2 μm thick and a p-GaInAsSb layer doped with germanium (Ge) 1 μm thick. In this case, the active region was made of an InGaAsSb solid solution having a lattice period close to the GaSb lattice period, the diameter of the mesa diode, i.e. the diameter of the active region was 300 μm, and the contact, consisting of an AuGe alloy, occupied only a small part of the structure. The diameter of the contact according to [12] was 50 μm.

Недостатком известного фотодиода для среднего инфракрасного диапазона спектра является низкая фоточувствительность при комнатной температуре и недопустимо низкая при повышенных температурах.A disadvantage of the known photodiode for the mid-infrared spectrum is the low photosensitivity at room temperature and unacceptably low at elevated temperatures.

Задачей заявляемого изобретения является разработка такого фотодиода для среднего инфракрасного диапазона спектра, который бы имел повышенную фоточувствительность как при комнатной, так и при повышенной температурах.The objective of the invention is the development of such a photodiode for the middle infrared range of the spectrum, which would have increased photosensitivity both at room and at elevated temperatures.

Поставленная задача решается тем, что фотодиод для среднего инфракрасного диапазона спектра включает p- и n-области с токоподводящими непрозрачными контактами, разделенные p-n-переходом, активную область, электрически связанную с p-n-переходом, при этом один или несколько контактов на поверхности области, принимающей фотоны от изучаемого объекта, имеют общий периметр, значение которого выбирают из интервала:The problem is solved in that the photodiode for the middle infrared spectrum includes p- and n-regions with current-carrying opaque contacts separated by a pn junction, an active region electrically connected to the pn junction, with one or more contacts on the surface of the receiving Photons from the studied object have a common perimeter, the value of which is selected from the interval:

P p n ( S p - n 1 . 3 L s p r ) + P c o n t m i n P c o n t P p n ( S p - n 1 3 L s p r ) + P c o n t m i n

Figure 00000001
P p - n ( S p - n one . 3 L s p r ) + P c o n t m i n P c o n t P p - n ( S p - n one 3 L s p r ) + P c o n t m i n
Figure 00000001

где Pp-n,Sp-n - периметр и площадь активной части p-n-перехода соответственно, Рcont - суммарный периметр всех областей контакта(ов), участвующих в сборе фототока, Lspr - длина растекания тока, P c o n t min

Figure 00000002
- периметр контакта с минимально возможной для используемых технологических процессов площадью.where P pn , S pn are the perimeter and area of the active part of the pn junction, respectively, P cont is the total perimeter of all contact areas (s) involved in collecting the photocurrent, L spr is the current spreading length, P c o n t min
Figure 00000002
- the perimeter of the contact with the minimum possible area for the used technological processes.

Каждый из контактов на поверхности области, принимающей фотоны от изучаемого объекта, может содержать элементы с повторяющейся геометрической формой.Each of the contacts on the surface of the region receiving photons from the object under study may contain elements with a repeating geometric shape.

По крайней мере, часть контакта(ов) может выполнена в виде спирали.At least part of the contact (s) may be in the form of a spiral.

По крайней мере, часть контакта(ов) может иметь ячеистую структуру.At least part of the contact (s) may have a cellular structure.

В ряде случаев минимальное расстояние между краями соседних элементов контакта(ов) не превышает половины длины растекания тока Lspr.In some cases, the minimum distance between the edges of adjacent contact elements (s) does not exceed half the current spreading length L spr .

Активная область может быть выполнена из INAsSb.The active region can be made from INAsSb.

Активная область может дополнительно содержать атомы галлия, при этом период кристаллической решетки активной области близок к периоду кристаллической решетки InAs.The active region may additionally contain gallium atoms, while the period of the crystal lattice of the active region is close to the period of the crystal lattice of InAs.

Активная область может дополнительно содержать атомы фосфора.The active region may further contain phosphorus atoms.

Область, принимающая излучение, может быть выполнена из твердого раствора InAs1-x-ySbxPy(o<x<0.2, y=2-2.2)·x).The radiation receiving region can be made of an InAs 1-xy Sb x P y solid solution (o <x <0.2, y = 2-2.2) x).

Область, принимающая излучение, может дополнительно содержать атомы галлия.The radiation receiving region may further comprise gallium atoms.

Контакт(ы) к p-области могут быть выполнен(ы) из последовательности металлических слоев Cr-Au1-w-Znw-Ni-Au, причем слой из Cr примыкает к поверхности p-области, a w=0.01-0.2.Contact (s) to the p-region can be made (s) from a sequence of Cr-Au 1-w -Zn w -Ni-Au metal layers, the Cr layer adjacent to the surface of the p-region, aw = 0.01-0.2.

В отличие от фотодиода-прототипа в заявляемом фотодиоде контакт на освещаемой поверхности (контакт, участвующий в сборе фототока) имеет увеличенный периметр, в прототипе периметр контакта составлял значение P c o n t min

Figure 00000003
, т.е. имел размер, обусловленный требованием получения минимального затенения активной области при сохранении возможности электрического соединения с проволокой, типичной для используемых технологических процессов. Увеличенный периметр контакта позволяет производить сбор фототока более эффективно, чем в фотодиодах с малым периметром контакта. В фотодиодах для среднего инфракрасного диапазона спектра фототок неравномерно распределен по поверхности: в непосредственной близости от контакта он максимален и минимален в областях, удаленных от контакта. Указанное свойство неравномерности усиливается с уменьшением ширины запрещенной зоны и/или при увеличении температуры фотодиода. Поэтому в фотодиодах с малым размером контакта (т.е. при малом его периметре) эффективность, особенно при длинах волн, более 3 мкм, или при температурах выше 40 С, низка. Напротив, фотодиоды с увеличенным периметром даже в случае затенения значительной части активной области (например, при использовании сплошного контакта круглой формы) имеют повышенную эффективность.In contrast to the prototype photodiode, in the inventive photodiode, the contact on the illuminated surface (the contact participating in the collection of the photocurrent) has an increased perimeter, in the prototype the contact perimeter was P c o n t min
Figure 00000003
, i.e. had a size due to the requirement of obtaining minimal shading of the active region while maintaining the possibility of electrical connection with the wire, typical for the used technological processes. The increased contact perimeter allows the collection of photocurrent more efficiently than in photodiodes with a small contact perimeter. In photodiodes for the mid-infrared range of the spectrum, the photocurrent is unevenly distributed over the surface: in the immediate vicinity of the contact, it is maximum and minimum in areas remote from the contact. The indicated property of non-uniformity increases with decreasing band gap and / or with increasing temperature of the photodiode. Therefore, in photodiodes with a small contact size (i.e., with a small perimeter thereof), the efficiency, especially at wavelengths greater than 3 μm, or at temperatures above 40 ° C, is low. On the contrary, photodiodes with an increased perimeter, even in the case of shading a significant part of the active region (for example, when using a continuous contact of a circular shape), have increased efficiency.

Значения оптимального суммарного периметра всех областей контакта(ов), участвующих в сборе фототока, Рcont, находится внутри интервала:The values of the optimal total perimeter of all contact areas (s) involved in the collection of the photocurrent, P cont , are inside the interval:

7.4 P p n ( S p - n L s p r ) + P c o n t m i n P c o n t P p n ( S p - n 2 . 7 L s p r ) + P c o n t m i n

Figure 00000004
7.4 P p - n ( S p - n L s p r ) + P c o n t m i n P c o n t P p - n ( S p - n 2 . 7 L s p r ) + P c o n t m i n
Figure 00000004

где Рp-n,Sp-n - периметр и площадь активной части p-n-перехода соответственно, Рcont - суммарный периметр всех областей контакта(ов), участвующих в сборе фототока, Lspr - длина растекания тока, P c o n t min

Figure 00000005
- периметр контакта с минимально возможной для используемых технологических процессов площадью.where P pn , S pn are the perimeter and area of the active part of the pn junction, respectively, P cont is the total perimeter of all contact areas (s) involved in collecting the photocurrent, L spr is the current spreading length, P c o n t min
Figure 00000005
- the perimeter of the contact with the minimum possible area for the used technological processes.

Длина растекания тока Lspr, т.е. расстояние, на котором величина тока уменьшается в (е) раз от значения вблизи от контакта определяется соотношением между динамическим сопротивлением p-n-перехода в нуле смещения (Ro) и сопротивлениями p- и n-областей и соотношениями между геометрическими характеристиками образца (толщинами, латеральными размерами, месторасположением и формой). Для расчета значений Lspr пользуются формализмом, изложенным в монографии Ф.Шуберта [14], статьях [15] или определяют экспериментально, используя методы атомно-силовой микроскопии совместно с методом Кельвина (Kelvin probe), позволяющие определить распределение потенциала на поверхности [16], или используют ИК-изображения (т.е. 2D - распределение интенсивности) поверхности ФД, на которые подано смещение [17, 18].The current spreading length L spr , i.e. the distance at which the current value decreases (e) times from the value near the contact is determined by the ratio between the dynamic resistance of the pn junction at the bias zero (R o ) and the resistances of the p and n regions and the ratios between the geometric characteristics of the sample (thicknesses, lateral size, location and shape). To calculate the values of L spr, the formalism described in the monograph by F. Schubert [14], articles [15] is used or determined experimentally using atomic force microscopy in conjunction with the Kelvin probe method, which allows determining the potential distribution on the surface [16] , or use IR images (that is, 2D — intensity distribution) of the PD surface to which the bias is applied [17, 18].

При P c o n t P p n ( S p - n 1 3 L s p r ) + P c o n t m i n

Figure 00000006
контакт с соответствующей геометрией не позволяет собрать большую часть фототока и эффективность фотодиода низкая, несмотря на небольшую ступень затенения активной области.At P c o n t P p - n ( S p - n one 3 L s p r ) + P c o n t m i n
Figure 00000006
contact with the corresponding geometry does not allow to collect most of the photocurrent and the efficiency of the photodiode is low, despite the small level of shadowing of the active region.

При P c o n t P p n ( S p - n 1 . 3 L s p r ) + P c o n t m i n

Figure 00000007
большая часть рожденных в активной области пар электрон-дырка дает вклад в фототок, однако общее количество рожденных пар невелико из-за затенения большей части активной области контактом. Вследствие этого эффективность фотодиода также невелика.At P c o n t P p - n ( S p - n one . 3 L s p r ) + P c o n t m i n
Figure 00000007
most of the electron – hole pairs produced in the active region contribute to the photocurrent, however, the total number of generated pairs is small due to the shadowing of most of the active region by the contact. As a result, the efficiency of the photodiode is also low.

Выполнение каждого из контактов на поверхности области, принимающей фотоны от изучаемого объекта, с элементами с повторяющейся геометрической формой увеличивает периметр взаимодействия с фотовозбужденными парами электрон-дырка, как указано выше, а значит, это приводит к повышению эффективности фотодиода.The implementation of each of the contacts on the surface of the region receiving photons from the studied object with elements with a repeating geometric shape increases the perimeter of interaction with photoexcited electron-hole pairs, as indicated above, which means that this increases the efficiency of the photodiode.

Выполнение, по крайней мере, части контакта(ов) в виде спирали увеличивает эффективность фотодиода, поскольку такая форма контактов обеспечивает минимальное затенение активной области при максимальном периметре контакта в случае, когда ширина спиральной части контакта максимально уменьшена применительно к используемым технологическим процессам.The implementation of at least part of the contact (s) in the form of a spiral increases the efficiency of the photodiode, since this form of contacts provides minimal shadowing of the active region at the maximum perimeter of the contact in the case when the width of the spiral part of the contact is maximally reduced in relation to the used technological processes.

Выполнение части контакта(ов) в виде ячеистой структуры важно для увеличения стабильности (прочности) соединения контакта с полупроводником, т.е. для увеличения эффективности фотодиода при длительной наработке или при неблагоприятных условиях, например при термоциклировании.The implementation of part of the contact (s) in the form of a cellular structure is important to increase the stability (strength) of the connection of the contact with the semiconductor, i.e. to increase the efficiency of the photodiode during prolonged hours of operation or under adverse conditions, for example during thermal cycling.

Выполнение контактов с минимальным расстоянием между краями соседних элементов контакта(ов), превышающим половины длины растекания тока Lspr, позволяет получить фотодиод с максимальной эффективностью, т.к. при этом обеспечивается эффективный сбор фототока при минимальном затенении активной области. В фотодиодах, в которых расстояние между краями соседних элементов контакта(ов) более половины Lspr, сбор фототока осуществляется эффективно, а значит они неэффективны.Making contacts with a minimum distance between the edges of adjacent contact elements (s) exceeding half the current spreading length L spr allows you to get a photodiode with maximum efficiency, because this ensures efficient collection of photocurrent with minimal shadowing of the active region. In photodiodes in which the distance between the edges of adjacent contact elements (s) is more than half L spr , the photocurrent is efficiently collected, which means they are inefficient.

Выполнение активной области из InAsSb обеспечивает создание эффектиных фотодиодов, долговечных при повышенных температурах, поскольку в отличие от других материалов для среднего ИК-диапазона (например, CdHgTe) твердый раствор InAsSd обладает металлургической стабильностью.The execution of the active region from InAsSb provides the creation of effective photodiodes that are durable at elevated temperatures, because, unlike other materials for the mid-IR range (for example, CdHgTe), the InAsSd solid solution has metallurgical stability.

Выполнение активной области из InAsSb с дополнительным содержанием атомов галлия и периодом кристаллической решетки, близким к периоду кристаллической решетки InAs, обеспечивает дополнительное увеличение долговечности при повышенных температурах вследствие «упрочнения» твердого раствора InGaAsSb. Близость периодов решеток слоя InGaAsSb и InAs обеспечивает, с одной стороны, необходимый диапазон длин волн в среднем ИК диапазоне, а с другой - обеспечивает возможность получения кристаллически совершенных (а, значит, и эффективных) фотодиодов.The implementation of the active region of InAsSb with an additional content of gallium atoms and a crystal lattice period close to the period of the InAs crystal lattice provides an additional increase in durability at elevated temperatures due to the "hardening" of the InGaAsSb solid solution. The proximity of the lattice periods of the InGaAsSb and InAs layer provides, on the one hand, the necessary wavelength range in the mid-IR range, and on the other hand, provides the possibility of obtaining crystalline perfect (and, therefore, effective) photodiodes.

Введение пятого компонента - фосфора - обеспечивает возможность согласования не только периодов решетки, но и коэффициентов термического расширения материалов подложки и слоя, что увеличивает эффективность при длительной наработке в условиях изменяющейся температуры..The introduction of the fifth component, phosphorus, makes it possible to coordinate not only the lattice periods, but also the thermal expansion coefficients of the substrate and layer materials, which increases the efficiency during long-term operating time under changing temperature conditions ..

Выполнение области, принимающей излучение, из твердого раствора InAs1-x-y SbxPy(o<x<0.2, y=(2-2.2)·x) обеспечивает увеличение эффективности вследствие увеличения суммарной высоты барьера на гетеро p-n-переходе, при условии, что в материале не создаются дефекты (дислокации несоответствия), т.е. при у=(2-2.2)·х. При х>0.2 получаемые составы InAs1-x-y SbxPy находятся внутри области несмешиваемости, т.е. в области с нестабильными свойствами, где получение качественных слоев затруднено.The execution of the radiation receiving region from InAs 1-xy SbxPy solid solution (o <x <0.2, y = (2-2.2) · x) provides an increase in efficiency due to an increase in the total barrier height at the hetero pn junction, provided that in defects are not created in the material (misfit dislocations), i.e. for y = (2-2.2) x. For x> 0.2, the resulting InAs 1-xy SbxPy compositions are within the immiscibility region, i.e. in areas with unstable properties, where obtaining high-quality layers is difficult.

Введение в область из твердого раствора InAs1-x-y SbxPy пятого компонента - галлия - обеспечивает возможность согласования не только периодов решетки, но и коэффициентов термического расширения материалов подложки и слоя, что увеличивает эффективность при длительной наработке в условиях изменяющейся температуры.The introduction of the fifth component, gallium, into the region of InAs 1-xy Sb x P y solid solution provides the possibility of matching not only the lattice periods, but also the thermal expansion coefficients of the substrate and layer materials, which increases the efficiency during prolonged use under varying temperatures.

Выполнение контакта(ы) к p-области из последовательности металлических слоев Cr-Au1-w-Znw-Ni-Au, в которой слой из Cr примыкает к поверхности p-области, a w=0.01-0.2, повышает эффективность при длительной наработке в условиях повышенных температур, поскольку является самым надежным и долгоживущим из всех известных автору.The implementation of the contact (s) to the p-region from the sequence of metal layers Cr-Au 1-w- Zn w -Ni-Au, in which the layer of Cr is adjacent to the surface of the p-region, aw = 0.01-0.2, increases the efficiency during long-term operating time at elevated temperatures, since it is the most reliable and long-lived of all known to the author.

Заявляемое устройство поясняется чертежами, гдеThe inventive device is illustrated by drawings, where

на фиг.1 схематически изображен первый вариант воплощения заявляемого фотодиода для среднего инфракрасного диапазона спектра,figure 1 schematically shows a first embodiment of the inventive photodiode for the middle infrared spectrum,

на фиг.2 схематически показан второй вариант фотодиода для среднего инфракрасного диапазона спектра,figure 2 schematically shows a second variant of the photodiode for the middle infrared spectrum,

на фиг.3 схематически изображен третий вариант воплощения заявляемого фотодиода для среднего инфракрасного диапазона спектра,figure 3 schematically shows a third embodiment of the inventive photodiode for the middle infrared spectrum,

Заявляемый фотодиод для среднего инфракрасного диапазона спектра 1 (см. фиг.1), включает p- 2 и n-области 3 с токоподводящими непрозрачными контактами 4, 5, разделенные p-n-переходом 6, активную область 7, электрически связанную с p-n-переходом 6, при этом один или несколько контактов на поверхности области, принимающей фотоны от изучаемого объекта 8, имеют общий периметр, значение которого выбирают из интервала значений, получаемых расчетом.The inventive photodiode for the middle infrared range of spectrum 1 (see Fig. 1) includes p-2 and n-regions 3 with current-conducting opaque contacts 4, 5, separated by a pn junction 6, an active region 7, electrically connected with a pn junction 6 while one or more contacts on the surface of the region receiving photons from the studied object 8 have a common perimeter, the value of which is selected from the range of values obtained by calculation.

Второй вариант воплощения фотодиода для среднего инфракрасного диапазона спектра 1 (см. фиг.2) отличается от первого варианта тем, что контакт содержит элементы с повторяющейся геометрической формой, создающие ячеистую форму. Кроме этого, второй контакт сформирован не на тыльной стороне фотодиода, как в первом варианте, а на стороне, обращенной к изучаемому объекту.The second embodiment of the photodiode for the mid-infrared range of spectrum 1 (see FIG. 2) differs from the first embodiment in that the contact contains elements with a repeating geometric shape, creating a cellular shape. In addition, the second contact is formed not on the back of the photodiode, as in the first embodiment, but on the side facing the object under study.

Третий вариант воплощения фотодиода для среднего инфракрасного диапазона спектра 1 (см. фиг.3) отличается от первого варианта тем, что, по крайней мере, часть контакта 4 выполнена в виде спирали. От второго варианта он также отличается тем, что второй контакт 5 выполнен ограниченной площади, т.е. «точечным».The third embodiment of the photodiode for the mid-infrared range of spectrum 1 (see FIG. 3) differs from the first embodiment in that at least part of the contact 4 is made in the form of a spiral. It also differs from the second option in that the second contact 5 is made of a limited area, i.e. "Point".

Заявляемый фотодиод для среднего инфракрасного диапазона спектра работает следующим образом. Внешний источник энергии, например регистрируемый объект, с повышенной по сравнению с фоном температурой создает поток фотонов, которые попадают в активную область 7 через поверхность, принимающую фотоны от изучаемого объекта 3, где поглощаются, производя пары электрон-дырка, разделяемые потенциальным барьером на p-n-переходе 6. Разделенные пары создают электрическое поле, препятствующее дальнейшему движению избыточных носителей к p-n-переходу 6. Изменение напряжения на p-n-переходе с помощью контактов 4, 5 регистрируется во внешней цепи в виде полезного сигнала. При замыкании контактов 4, 5 в цепи течет ток, являющийся полезным сигналом - фототоком.The inventive photodiode for the middle infrared spectrum works as follows. An external energy source, for example, a detected object, with a temperature higher than the background, creates a stream of photons that enter the active region 7 through the surface receiving photons from the studied object 3, where they are absorbed, producing electron-hole pairs separated by a potential barrier at pn- transition 6. Separated pairs create an electric field that prevents the further movement of excess carriers to the pn junction 6. The voltage change at the pn junction using contacts 4, 5 is recorded in the external circuit in the form e useful signal. When contacts 4, 5 are closed, a current flows in the circuit, which is a useful signal - a photocurrent.

Пример 1. Пример выполнения фотодиода был осуществлен в ООО «ИоффеЛЕД» с использованием стандартных процессов получения градиентных структур InAsSbP на подложке InAs методом ЖФЭ. Образцы были аналогичны описанным нами ранее [19] и имели плавное изменение состава по толщине градиентных слоев InAsSbP. После проведения фотолитографии и удаления подложки химическим травлением фотодиод включал в себя p-область из InAsSb (2), n-область из InAsSb (7), InAsSbP (5), ограниченные мезой травления диаметром 300 мкм с токоподводящими непрозрачными контактами (4, 5), разделенными p-n-переходом p-InAsSbP/n-InAs (6), активную область из InAsSb (7), электрически связанную с p-n-переходом, при этом контакт на поверхности области p-InAsSb, принимающей фотоны от изучаемого объекта (4, анод), сформированный напылением металлической композиции Cr-Au1-w-Znw-Ni-Au (w=0.05) в вакууме, имел диаметр 50 мкм и располагался в центре мезы; тыльный непрозрачный металлический контакт к n-InAsSbP (5, катод), сформированный напылением металлической композиции Cr-AuGe-Ni-Au в вакууме, был сплошным, занимающим всю поверхность n-InAs. Перед измерениями фоточувствительности ФД монтировались в стандартный корпус ТО-18, при этом контакт с минимально возможной для используемых технологических процессов площадью имел диаметр 50 мкм, а длина растекания тока (Lspr) составляла 280 мкм. При этом верхний контакт к металлическому диску диаметром 50 мкм осуществлялся приваркой либо пайкой индием золотой проволоки диаметром 30 мкм. Во втором случае имелась возможность изменять площадь контакта, проводя повторную пайку контакта с отличающейся массой припоя. В качестве источника излучения служил Глобар с температурой 300 С.Example 1. An example of a photodiode was carried out at IoffeLED LLC using standard processes for the production of InAsSbP gradient structures on an InAs substrate by the HPE method. The samples were similar to those described previously [19] and had a smooth change in composition over the thickness of the InAsSbP gradient layers. After photolithography and removal of the substrate by chemical etching, the photodiode included a p-region from InAsSb (2), an n-region from InAsSb (7), InAsSbP (5), limited by an etching mesa with a diameter of 300 μm with current-carrying opaque contacts (4, 5) separated by the p-InAsSbP / n-InAs pn junction (6), the active region from InAsSb (7) electrically coupled to the pn junction, with the contact on the surface of the p-InAsSb region receiving photons from the object under study (4, the anode ), formed by sputtering the metal composition Cr-Au 1-w- Zn w -Ni-Au (w = 0.05) in vacuum, had a diameter of 50 μm and was located lagged in the center of Mesa; the back opaque metal contact to n-InAsSbP (5, cathode), formed by sputtering the Cr-AuGe-Ni-Au metal composition in vacuum, was continuous, occupying the entire surface of n-InAs. Prior to photosensitivity measurements, PDs were mounted in a standard TO-18 package, while the contact with the smallest possible area for the used technological processes had a diameter of 50 μm, and the current spreading length (L spr ) was 280 μm. In this case, the upper contact to the metal disk with a diameter of 50 μm was carried out by welding or soldering indium gold wire with a diameter of 30 μm. In the second case, it was possible to change the contact area by re-soldering the contact with a different mass of solder. A Globar with a temperature of 300 ° C served as a radiation source.

На Фиг.4 представлены данные измерений фоточувствительности (фототока при фиксированной плотности падающего потока) в серии идентичных ФД, описанных выше и отличающихся лишь диаметром Dcont, (периметром Pcont) непрозрачного анода на принимающей фотоны поверхности. Как видно из данных на Фиг.4, чувствительность фотодиодов, у которых периметр анода удовлетворял условию P p n ( S p - n 1 . 3 L s p r ) + P c o n t m i n P c o n t P p n ( S p n 13 L s p r ) + P c o n t m i n

Figure 00000008
,Figure 4 presents the data of photosensitivity measurements (photocurrent at a fixed incident flux density) in a series of identical PDs described above and differing only in diameter D cont (perimeter P cont ) of an opaque anode on the photon- receiving surface. As can be seen from the data in Figure 4, the sensitivity of the photodiodes, in which the perimeter of the anode satisfied the condition P p - n ( S p - n one . 3 L s p r ) + P c o n t m i n P c o n t P p - n ( S p - n 13 L s p r ) + P c o n t m i n
Figure 00000008
,

отвечающему диапазону значений, отмеченных пунктирными линиями, была, по крайней мере в два раза выше, чем в известном ФД с точечным контактом Dcont=50 мкм. За пределами интервала со стороны больших диаметров контакта фоточувствительность убывала из-за затеняющего действия контакта и преимуществ перед известным фотодиодом не было.the corresponding range of values indicated by dashed lines was at least two times higher than in the known PD with point contact D cont = 50 μm. Outside the interval, on the side of large contact diameters, the photosensitivity decreased due to the shadowing effect of the contact and there were no advantages over the known photodiode.

Пример 2. Во втором примере выполнения фотодиода, последний изготавливался из гетероструктуры, аналогичной описанной в первом примере, однако меза (активная область p-n-перехода) имела форму квадрата со стороной 450 мкм. При этом контакт на принимающей фотоны поверхности состоял из соединенных вместе повторяющихся прямоугольных элементов, образующих «гребенку» из 3-х полосок шириной 20 мкм, расположенных параллельно друг другу и электрически соединенных вместе прямоугольным элементом 300×100 мкм. Крайние элементы полученного «гребенчатого» контакта, по форме напоминающего букву «Ш» русского алфавита, были расположены от края мезы на расстоянии 75 мкм, а сам контакт имел периметр Рcont=1800 мкм, значение которого находилось внутри оптимального с нашей точки зрения интервала 275……2275 мкм, полученного расчетным путем с использованием предложенных соотношений. Для сравнения был изготовлен ФД с точечным контактом (Dcont=50 мкм), расположенным в центре квадратной мезы. Оба ФД были смонтированы аналогично описанному выше, при этом фоточувствительность ФД с точечным контактом была в 5 раз ниже, чем у заявляемого ФД с «Ш»-образным контактом.Example 2. In the second example of the photodiode, the latter was made from a heterostructure similar to that described in the first example, however, the mesa (active region of the pn junction) had the shape of a square with a side of 450 μm. The contact on the photon-receiving surface consisted of repeating rectangular elements connected together, forming a “comb” of 3 strips 20 μm wide, parallel to each other and electrically connected together by a 300 × 100 μm rectangular element. The extreme elements of the “comb” contact, resembling the letter “Ш” of the Russian alphabet, were located at a distance of 75 μm from the edge of the Mesa, and the contact itself had a perimeter P cont = 1800 μm, the value of which was inside the optimal interval from our point of view 275 ....... 2275 microns obtained by calculation using the proposed ratios. For comparison, a PD was made with a point contact (D cont = 50 μm) located in the center of the square mesa. Both PDs were mounted similarly to those described above, while the photosensitivity of PDs with point contact was 5 times lower than that of the claimed PDs with a "Ш" -shaped contact.

Пример 3. Образцы были аналогичны предыдущим, описанным в примерах 1 и 2, и имели сплошной нижний контакт (к n-InAs). Верхний контакт (к p-InAsSb(P)) имел четыре модификации: 1) круг диаметром 80 мкм, расположенный в центре мезы, 2) контакт по п.1, к которому добавлены полоски шириной 10 мкм, составляющие узор в виде «двухстворчатой оконной рамы без форточки»; центральная полоска контакта соединялась с кругом, 3) контакт по п.2, к которому добавлены еще две полоски, формирующие незатененные участки в виде вытянутых прямоугольников, 4) контакт по п.3 с добавлением еще четырех полосок, при этом две из «новых» полосок соединялась (пересекались) с центральным кругом. Геометрия контактов показана на вставке справа от фиг.5. Фоточувствительность измерялась при использовании модели черного тела, нагретого до 573 К; предполагалось, что в ФД доминирует Джонсоновский (тепловой) шум и при вычислении D*затенение контактом не учитывалось, то при вычислениях учитывалась полная мощность потока, падающая на всю мезу; при измерениях спектров фотоответа использовался Глобар.Example 3. The samples were similar to the previous ones described in examples 1 and 2, and had a continuous lower contact (to n-InAs). The upper contact (to p-InAsSb (P)) had four modifications: 1) a circle with a diameter of 80 μm located in the center of the mesa, 2) a contact according to claim 1, to which strips 10 μm wide were added, making up the pattern in the form of a “double-leaf window frames without window ”; the central strip of contact was connected to the circle, 3) the contact of claim 2, to which two more strips were added, forming unshaded sections in the form of elongated rectangles, 4) the contact of claim 3 with the addition of four more strips, two of which are “new” stripes connected (intersected) with the central circle. The geometry of the contacts is shown in the inset to the right of Fig. 5. Photosensitivity was measured using a blackbody model heated to 573 K; it was assumed that the Johnson (thermal) noise dominates in the photodiode and that the shading by the contact was not taken into account when calculating D *, then the total power of the stream, which is incident throughout the mesa, was taken into account in the calculations; When measuring the spectra of the photoresponse, Globar was used.

На Фиг.5 приведены вольтамперные характеристики (I-V) для четырех типов образцов, описанных выше. Спектр фоточувствительности полученных диодов имел максимум при ~ 5.3 µm (300 К) (λcut-off.=5.8 µm) и был затянут в коротковолновую область благодаря диффузии фотогенерированных носителей к p-n-переходу.Figure 5 shows the current-voltage characteristics (IV) for the four types of samples described above. The photosensitivity spectrum of the obtained diodes had a maximum at ~ 5.3 μm (300 K) (λ cut-off. = 5.8 μm) and was pulled into the short-wavelength region due to the diffusion of photogenerated carriers to the pn junction.

Как видно из Фиг.5, три из четырех образцов (№2-4), обладающих развитой структурой контакта, имели примерно одинаковые значения темнового тока насыщения (Isat ~ 40 mА); в области средних значений напряжений увеличение тока следовало за увеличением площади анода. Диод с точечным контактом (№1) характеризовался в ~2 раза меньшим в сравнении с вышеперечисленными ФД-током и отсутствием хорошо выраженного насыщения в обратной ветви I-V характеристики. В нашем случае увеличением периметра контакта (удалось повысить фотосигнал по крайней мере втрое; на Фиг.6 приведены зависимости чувствительности (SI), обнаружительной способности (Dλреак), динамического сопротивления в нуле смещения (Ro) от периметра анода, подтверждающие сказанное.As can be seen from Figure 5, three of the four samples (No. 2-4) with a developed contact structure had approximately the same values of the dark saturation current (I sat ~ 40 mA); in the range of average voltages, an increase in current followed an increase in the area of the anode. A diode with a point contact (No. 1) was characterized by a factor of ~ 2 smaller in comparison with the above PD currents and the absence of a pronounced saturation in the reverse branch of the IV characteristic. In our case, by increasing the contact perimeter (it was possible to increase the photo signal at least threefold; Fig. 6 shows the dependences of sensitivity (S I ), detection ability (D λreak ), dynamic resistance at zero bias (R o ) on the anode perimeter, confirming the above.

Следует помнить, что при увеличении периметра контакта происходит не только увеличение фоточувствительности, но и уменьшение величины динамического сопротивления ФД вследствие увеличения площади, участвующей в токопрохождении, т.е. площади сбора фототока. Поэтому при работе с такими ФД надо соотносить увеличение фототока с возможным увеличением шумов фотоприемного устройства, состоящего их ФД и усилителя сигнала. Подход для такого анализа изложен в [20].It should be remembered that with an increase in the contact perimeter, there is not only an increase in photosensitivity, but also a decrease in the dynamic resistance of the PD due to an increase in the area involved in the current passage, i.e. photocurrent collection areas. Therefore, when working with such PDs, it is necessary to correlate the increase in the photocurrent with a possible increase in the noise of the photodetector, consisting of their PD and signal amplifier. An approach for such an analysis is described in [20].

Автор благодарит Закгейма А.Л., Ильинскую Н.Д., Карандашева С.А., Мжельского И.В., Половинкина ВТ. Ременного М.А., Рыбальченко А.Ю., Стуся Н.М. и Чернякова А.Е. за помощь при проведении экспериментов.The author thanks Zakheim A.L., Ilyinsky N.D., Karandasheva S.A., Mzhelsky I.V., Polovinkina V.T. Remennoy M.A., Rybalchenko A.Yu., Stusya N.M. and Chernyakova A.E. for helping with the experiments.

ЛитератураLiterature

1. David P.Leech, Iwars Gutmanis, “The U.S. Infrared detector industry: prospects for commercial diversification”, SPIE 1683 (1992) 2-12.1. David P. Leech, Iwars Gutmanis, “The U.S. Infrared detector industry: prospects for commercial diversification ”, SPIE 1683 (1992) 2-12.

2. A.Rogalski “Heterostructure infrared photovoltaic detectors” Infrared Physics and Technology 2000, 41, 213-238.2. A. Rogalski “Heterostructure infrared photovoltaic detectors” Infrared Physics and Technology 2000, 41, 213-238.

3. С.С.Кижаев, М.П.Михайлова, С.С.Молчанов, Н.Д.Стоянов, Ю.П.Яковлев, «Выращивание InAs фотодиодных структур из металлоорганических соединений», Письма ЖТФ, 1998, 24, №7, 1-7.3. S. S. Kizhaev, M. P. Mikhailova, S. S. Molchanov, N. D. Stoyanov, Yu. P. Yakovlev, “InAs Growth of Photodiode Structures from Organometallic Compounds”, ZhTF Letters, 1998, 24, No. 7, 1-7.

4. В.И.Корольков в сб. Фотоприемники и фотопреобразователи. - Л.:Наука 1988, с.8-36.4. V.I. Korolkov in the collection of books. Photodetectors and photo converters. - L.: Science 1988, p. 8-36.

5. D.A.Baglee, D.K.Perry, C.W.Wieder, J.Vac.Tech, 1980, n17, 1032-1036.5. D.A. Baglee, D.K. Perry, C.W. Wieder, J. Vac. Tech, 1980, n17, 1032-1036.

6. D.T.Cheung, A.M.Andrews, E.R.Gertner et al “Backside-illuminated InAs1-xSbx-InAs narrow-band photodetectors”, Appl. Phys. Lett., 1977, 30, 587-589.6. D.T. Cheung, A.M. Andrews, E.R. Gertner et al “Backside-illuminated InAs1-xSbx-InAs narrow-band photodetectors”, Appl. Phys. Lett., 1977, 30, 587-589.

7. J.Podlecki, L.Gouskov, F.Pascal, F.Pascal-Delannoy, A.Giani “Photodetection at 3.65 µm in the atmospheric window using InAs0.91Sb0.09 /GaAs heteroepitaxy”, Semicond. Sci. Technol. 11 (1996) 1127-1130.7. J. Podlecki, L. Gouskov, F. Pascal, F. Pascal-Delannoy, A. Giani “Photodetection at 3.65 µm in the atmospheric window using InAs0.91Sb0.09 / GaAs heteroepitaxy”, Semicond. Sci. Technol. 11 (1996) 1127-1130.

8. L.G.Bubulak, A.M.Andrews, E.R.Gertner and D.T.Longo, “Backside-illuminated InAsSb/GaSb broadband detectors”, Appl. Phys. Lett., 1980, 36, 734-736.8. L.G. Bubulak, A.M. Andrews, E.R. Gertner and D.T. Longo, “Backside-illuminated InAsSb / GaSb broadband detectors”, Appl. Phys. Lett., 1980, 36, 734-736.

9. К.Golaszewska,, E.Kamińska, A.Piotrowska, J.Rutkowski, R.Kruszka, E.Kowalczyk, E.Papis, A.Wawro, and Т.Т.Piotrowski, “Transparent ohmic contacts to GaSb/In(AI)GaAsSb photovoltaic cells”, phys. stat. sol. (a) 204, No. 4, 1051-1055 (2007) / DOI 10.1002/pssa.200674149.9. K. Golaszewska ,,, E. Kamińska, A. Piotrowska, J. Rutkowski, R. Kruszka, E. Kowalczyk, E. Papis, A. Wawro, and T. T. Piotrowski, “Transparent ohmic contacts to GaSb / In (AI) GaAsSb photovoltaic cells ”, phys. stat. sol. (a) 204, No. 4, 1051-1055 (2007) / DOI 10.1002 / pssa.200674149.

10. Jones R.C., “Immersed radiation detectors”, Appl. Opt, 1, 607-613 (1962).10. Jones R.C., “Immersed radiation detectors”, Appl. Opt. 1, 607-613 (1962).

11. Берковиц В.Л., Куницына Е.В., Львова Т.В., Улин В.П., Яковлев Ю.П., Андреев И.А. Способ получения нитридной пленки на поверхности гетероструктуры на основе GaSb, патент на изобретение №2370854, заявка: 2008125705/28, 16.06.2008.11. Berkovits V.L., Kunitsyna E.V., Lvova T.V., Ulin V.P., Yakovlev Yu.P., Andreev I.A. A method for producing a nitride film on the surface of a GaSb-based heterostructure, patent for invention No. 2370854, application: 2008125705/28, 06.16.2008.

12. Н.Д.Стоянов, М.П.Михайлова, О.В.Андрейчук, К.Д.Моисеев, И.А.Андреев, М.А.Афраилов, Ю.П.Яковлев «Фотодиоды на основе гетеропереходов II типа в системе Gab/InGaAsSb для спектрального диапазона 1.5-4.8 мкм», ФТП, 35, 467-473(2001).12. N.D. Stoyanov, M.P. Mikhaylova, O.V. Andreychuk, K.D. Moiseev, I.A. Andreev, M.A. Afrailov, Yu.P. Yakovlev “Photodiodes based on type II heterojunctions in the Gab / InGaAsSb system for the spectral range of 1.5–4.8 μm ”, FTP, 35, 467-473 (2001).

13. A.Krier and W.Suleiman, “Uncooled photodetectors for the 3-5 µm spectral range based on III-V heterojunctions”, APPLIED PHYSICS LETTERS 89, 083512 (2006)413. A. Krier and W. Suleiman, “Uncooled photodetectors for the 3-5 µm spectral range based on III-V heterojunctions”, APPLIED PHYSICS LETTERS 89, 083512 (2006) 4

A.Krier and Y.Mao, "High performance InAsSb/InGaAs photodiodes for the 1.8-3.4 µm wavelength range", Infrared Physics & Technology, 38, 397-403 (1997);A. Krier and Y. Mao, "High performance InAsSb / InGaAs photodiodes for the 1.8-3.4 μm wavelength range", Infrared Physics & Technology, 38, 397-403 (1997);

A.Krier, Y.Mao (1997);A.Krier, Y. Mao (1997);

А.П.Астахова, Б.Е.Журтанов, А.Н.Именков, М.П.Михайлова, М.А.Сиповская, Н.Д.Стоянов, Ю.П.Яковлев «Улучшение параметров фотодиодных структур GaSb/GaInAsSb/AIGaAsSb с тонкой активной областью для спектрального диапазона 1.0-2.5 мкм», Письма ЖТФ, 33, 8-15 (2007);A.P. Astakhova, B.E. Zhurtanov, A.N. Imenkov, M.P. Mikhailov, M.A.Sipovskaya, N.D. Stoyanov, Yu.P. Yakovlev "Improving the parameters of GaSb / GaInAsSb / photodiode structures AIGaAsSb with a thin active region for the spectral range 1.0–2.5 μm ”, Letters of ZhTF, 33, 8-15 (2007);

Y.Sharabani, Y.Paltiel, A.Sher, A.Raizman, Z.Zussman, “InAsSb/GaSb heterostructure based mid wavelength infrared detector for high temperature operation”, MIOMD-VII Abstracts 8th International Conference on Mid-Infrared Optoelectronics: Materials and Devices (MIOMD-VIII) May 14-16, 2007, Bad IschI, Austria.Y.Sharabani, Y.Paltiel, A.Sher, A.Raizman, Z. Zussman, “InAsSb / GaSb heterostructure based mid wavelength infrared detector for high temperature operation”, MIOMD-VII Abstracts 8th International Conference on Mid-Infrared Optoelectronics: Materials and Devices (MIOMD-VIII) May 14-16, 2007, Bad IschI, Austria.

14. Шуберт Ф., «Светодиоды», пер. с англ. под ред. А.Э.Юновича, с.496 (Москва, «ФИЗМАТЛИТ», 2008).14. Schubert F., “LEDs”, trans. from English under the editorship of A.E. Yunovich, p. 496 (Moscow, FIZMATLIT, 2008).

15. V.К.Malyutenko, A.V.Zinovchuk, О.Yu.Malyutenko. Semicond. Sci. Technol. 23 (2008) 085004.15. V.K. Malyutenko, A.V. Zinovchuk, O. Yu. Malyutenko. Semicond. Sci. Technol. 23 (2008) 085004.

16. В.A.Matveev, A.V.Ankudinov, N.V.Zotova, S.A.Karandashev, T.V.L'vova, M.A.Remennyy, A.Yu.Rybal'chenko, N.M.Stus', “Properties of mid-IR diodes with n-InAsSbP/n-InAs interface” (Proceedings Paper), Published 25 February 2010 Vol.7597: Physics and Simulation of Optoelectronic Devices XVIII, Bernd Witzigmann; Fritz Henneberger; Yasuhiko Arakawa; Marek Osinski, Editors, #75970G Proc. SPIE, v.7597, страницы: #75970G-16. B.A. Matveev, AVAnkudinov, NVZotova, SAKarandashev, TVL'vova, MARemennyy, A.Yu. Rybal'chenko, NMStus', “Properties of mid-IR diodes with n-InAsSbP / n -InAs interface ”(Proceedings Paper), Published 25 February 2010 Vol. 7597: Physics and Simulation of Optoelectronic Devices XVIII, Bernd Witzigmann; Fritz Henneberger; Yasuhiko Arakawa; Marek Osinski, Editors, # 75970G Proc. SPIE, v.7597, pages: # 75970G-

17. Зотова Н.В., Карандашев С.А., Матвеев Б.А., Ременный M.A., Рыбальченко А.Ю., Стусь Н.М., «Пространственная неравномерность протекания тока и ее учет при определении характеристик поверхностно облучаемых фотодиодов на основе InAsSbP/InAs», ФТП, 2011, том 45, выпуск 4, 554-559.17. Zotova NV, Karandashev SA, Matveev BA, Remenny MA, Rybalchenko A.Yu., Stus NM, “Spatial unevenness of current flow and its consideration in determining the characteristics of surface-irradiated photodiodes on basis of InAsSbP / InAs ”, FTP, 2011, Volume 45, Issue 4, 554-559.

18. Закгейм А.Л., Ильинская Н.Д., Карандашев С.А., Матвеев Б.А., Ременный M.A., Черняков А.Е., Шленский А.А. “Распределение излучения в светодиодах на основе GaInAsSb/GaSb”, ФТП, том 43, выпуск 5, 689-694 (2009).18. Zakheim A.L., Ilyinskaya N.D., Karandashev S.A., Matveev B.A., Remenny M.A., Chernyakov A.E., Shlensky A.A. “Radiation Distribution in GaInAsSb / GaSb-Based LEDs,” FTP, Volume 43, Issue 5, 689-694 (2009).

19. В.A.Matveev, N.V.Zotova, S.A.Karandashev, M.A.Remennyi, N.M.Stus' and G.N.Talalakin “Towards longwave (5÷6 µm) LED operation at 80oC: injection or extraction of carriers?”, IEE Proceedings - Optoelectronics v. 149 (2002), Issue 1, pp.33-35.19. B.A. Matveev, NVZotova, SAKarandashev, MARemennyi, NMStus' and GNTalalakin “Towards longwave (5 ÷ 6 µm) LED operation at 80oC: injection or extraction of carriers?”, IEE Proceedings - Optoelectronics v . 149 (2002), Issue 1, pp. 33-35.

20. Гаврилов Г.А., Матвеев Б.А., Сотникова Г.Ю., «Предельная чувствительность фотоприемного устройства на основе фотодиодов А3В5 среднего ИК-диапазона спектра», Письма ЖТФ, 37(18), 50-57 (2011).20. Gavrilov GA, Matveev B.A., Sotnikova G.Yu., “Ultimate sensitivity of a photodetector based on A3V5 photodiodes of the mid-IR spectrum,” ZhTF Letters, 37 (18), 50-57 (2011) .

Claims (8)

1. Фотодиод для среднего инфракрасного диапазона спектра, включающий p- и n-области с токоподводящими непрозрачными контактами, разделенные p-n-переходом, активную область, электрически связанную с p-n-переходом, при этом один или несколько контактов на поверхности области, принимающей фотоны от изучаемого объекта, имеют общий периметр, значение которого выбирают из интервала:
Figure 00000009

где Рp-n, Sp-n - периметр и площадь активной части p-n-перехода соответственно, Рcont - суммарный периметр всех областей контакта(ов), участвующих в сборе фототока, Lspr - длина растекания тока,
Figure 00000010
- периметр контакта с минимально возможной для используемых технологических процессов площадью.
1. A photodiode for the middle infrared range of the spectrum, including p- and n-regions with current-carrying opaque contacts separated by a pn junction, an active region electrically connected to the pn junction, with one or more contacts on the surface of the region receiving photons from the studied objects that have a common perimeter, the value of which is selected from the interval:
Figure 00000009

where P pn , S pn are the perimeter and area of the active part of the pn junction, respectively, P cont is the total perimeter of all contact areas (s) involved in collecting the photocurrent, L spr is the current spreading length,
Figure 00000010
- the perimeter of the contact with the minimum possible area for the used technological processes.
2. Фотодиод по п.1, отличающийся тем, что каждый из контактов на поверхности области, принимающей фотоны от изучаемого объекта, содержит элементы с подобной геометрической формой.2. The photodiode according to claim 1, characterized in that each of the contacts on the surface of the region receiving photons from the object under study contains elements with a similar geometric shape. 3. Фотодиод по п.1, отличающийся тем, что по крайней мере часть контакта(ов) выполнена в виде спирали.3. The photodiode according to claim 1, characterized in that at least part of the contact (s) is made in the form of a spiral. 4. Фотодиод по п.1, отличающийся тем, что по крайней мере часть контакта(ов) имеет ячеистую структуру.4. The photodiode according to claim 1, characterized in that at least part of the contact (s) has a cellular structure. 5. Фотодиод по п.1, отличающийся тем, что минимальное расстояние между краями соседних элементов контакта(ов) не превышает половины длины растекания тока Lspr.5. The photodiode according to claim 1, characterized in that the minimum distance between the edges of adjacent contact elements (s) does not exceed half the current spreading length L spr . 6. Фотодиод по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что активная область выполнена из INAsSb, или InGaAsSb, или INGaAsPSb.6. A photodiode according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the active region is made of INAsSb, or InGaAsSb, or INGaAsPSb. 7. Фотодиод по любому из пп.1-5, отличающийся тем, что область, принимающая излучение, выполнена из твердого раствора InAs1-x-ySbxPy (о<х<0.2, y=(2-2.2)·х).7. A photodiode according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the region receiving radiation is made of InAs 1-xy Sb x P y solid solution (o <x <0.2, y = (2-2.2) · x) . 8. Фотодиод по п.7, отличающийся тем, что контакт(ы) к p-области выполнен(ы) из последовательности металлических слоев Cr-Au1-wZnw-Ni-Au, причем слой из Cr примыкает к поверхности p-области, a w=0.01-0.2. 8. The photodiode according to claim 7, characterized in that the contact (s) to the p-region is made (s) from a sequence of metal layers Cr-Au 1-w Zn w -Ni-Au, and the layer of Cr is adjacent to the surface p- area, aw = 0.01-0.2.
RU2011140568/28A 2011-10-05 2011-10-05 Semiconductor infrared photodiode RU2521156C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011140568/28A RU2521156C2 (en) 2011-10-05 2011-10-05 Semiconductor infrared photodiode

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011140568/28A RU2521156C2 (en) 2011-10-05 2011-10-05 Semiconductor infrared photodiode

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011140568A RU2011140568A (en) 2013-04-10
RU2521156C2 true RU2521156C2 (en) 2014-06-27

Family

ID=49151748

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011140568/28A RU2521156C2 (en) 2011-10-05 2011-10-05 Semiconductor infrared photodiode

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2521156C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2672760C1 (en) * 2018-01-09 2018-11-19 Публичное акционерное общество "Сатурн" (ПАО "Сатурн") Method of manufacturing photoconverter with built-in diode on germanic substrate

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU75505U1 (en) * 2008-03-24 2008-08-10 Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук PHOTODIODIC STRUCTURE FOR INFRARED RADIATION RECEIVER
RU2370854C1 (en) * 2008-06-16 2009-10-20 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН METHOD OF MAKING NITRIDE FILM ON SURFACE OF GaSb BASED HETEROSTRUCTURE
CN101777601A (en) * 2010-02-03 2010-07-14 中国科学院半导体研究所 InAs/GaSb superlattice infrared photoelectric detector and manufacturing method thereof

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU75505U1 (en) * 2008-03-24 2008-08-10 Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук PHOTODIODIC STRUCTURE FOR INFRARED RADIATION RECEIVER
RU2370854C1 (en) * 2008-06-16 2009-10-20 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН METHOD OF MAKING NITRIDE FILM ON SURFACE OF GaSb BASED HETEROSTRUCTURE
CN101777601A (en) * 2010-02-03 2010-07-14 中国科学院半导体研究所 InAs/GaSb superlattice infrared photoelectric detector and manufacturing method thereof

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2672760C1 (en) * 2018-01-09 2018-11-19 Публичное акционерное общество "Сатурн" (ПАО "Сатурн") Method of manufacturing photoconverter with built-in diode on germanic substrate

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011140568A (en) 2013-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Singh et al. Performance analysis of RF-sputtered ZnO/Si heterojunction UV photodetectors with high photo-responsivity
Wang et al. Extended infrared photoresponse in Te-hyperdoped Si at room temperature
US7368762B2 (en) Heterojunction photodiode
US7504672B1 (en) Separate absorption and detection diode
JP5528882B2 (en) Infrared sensor
US20140217540A1 (en) Fully depleted diode passivation active passivation architecture
Vigue et al. Evaluation of the potential of ZnSe and Zn (Mg) BeSe compounds for ultraviolet photodetection
Xie et al. Large-area solar-blind AlGaN-based MSM photodetectors with ultra-low dark current
Singh et al. Performance of graded bandgap HgCdTe avalanche photodiode
Alimi et al. InSb avalanche photodiodes on GaAs substrates for mid-infrared detection
Singh et al. Analytical study of sputter-grown ZnO-based pin homojunction UV photodetector
Gwozdz et al. Deep traps in the ZnO nanorods/Si solar cells
He et al. CdTe nBn photodetectors with ZnTe barrier layer grown on InSb substrates
RU2521156C2 (en) Semiconductor infrared photodiode
Li et al. Polarization-Assisted AlGaN Heterostructure-Based Solar-Blind Ultraviolet MSM Photodetectors With Enhanced Performance
Çiçek et al. Self-powered visible-UV light photodiodes based on ZnO nanorods-silicon heterojunctions with surface modification and structural enhancement
Zumuukhorol et al. Effect of a SiO₂ Anti-reflection Layer on the Optoelectronic Properties of Germanium Metal-semiconductor-metal Photodetectors
Jose et al. A review on ZnO heterojunction photodetector for UV application
Plis et al. Lateral diffusion of minority carriers in InAsSb-based nBn detectors
Afrailov Photoelectrical characteristics of the InAsSbP based uncooled photodiodes for the spectral range 1.6–3.5 μm
Li et al. 256x1 element linear InGaAs short wavelength near-infrared detector arrays
Sednev et al. Current–Voltage Characteristics of nBp Structures with Absorbing In 0.53 Ga 0.47 As Layer
Kaur et al. Investigating the effect of number of metal electrodes on performance parameters of AlGaN MSM photodetectors
EP2867927A2 (en) Heterojunction bipolar phototransistor device
Jureńczyk et al. Commercialization readiness of HOT LWIR detectors based on InAs/InAs1-xSbx T2SL at VIGO System SA

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20141006