RU2599905C2

RU2599905C2 - Method of producing diodes of medium-wave infrared spectrum

Info

Publication number: RU2599905C2
Application number: RU2012119514/28A
Authority: RU
Inventors: Наталья Дмитриевна Ильинская; Борис Анатольевич Матвеев; Максим Анатольевич Ременный; Анна Александровна Усикова
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "ИоффеЛЕД"
Priority date: 2012-05-11
Filing date: 2012-05-11
Publication date: 2016-10-20
Also published as: RU2012119514A

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: invention relates to optoelectronic engineering and specifically to semiconductor devices designed to detect and emit infrared radiation at room temperature. Method of producing diodes medium-wave infrared spectrum range according to invention involves making a multilayer epitaxial heterostructure, comprising a substrate made from semiconductor material A³B⁵ and p- and n-areas separated by a p-n junction, at least one of which is made from semiconductor material with total content of indium atoms and arsenic of not less than 40 % and is optically active in operating wavelength range, preparation of surface for forming ohmic contacts, application of photosensitive material on surface, exposing through mask with system of dark and light fields, development, removal of at least part of photosensitive material, epitaxial structure and substrate, vacuum sputtering of a metal composition of given shape, containing atoms of Cr, Au, Ni and impurities, formation of at least one mesa structure, wherein process of sputtering metal composition is started from Cr layer.

EFFECT: invention increases efficiency of operation of diode due to improved quality of ohmic contacts.

20 cl, 6 dwg, 3 tbl, 10 ex

Description

Изобретение относится к оптоэлектронной технике, а именно к полупроводниковым приборам, предназначенным для детектирования и испускания инфракрасного (ИК) излучения при комнатной температуре. Имеется обширная область оптического приборостроения, где средневолновые источники спонтанного излучения и фотоприемники, например, имеющие рабочую полосу близи 3.4 мкм, могут оказаться незаменимыми для устройств, измеряющих характеристики сред, содержащих газообразные углеводороды, и для волоконно-оптических датчиков, измеряющих состав жидкости по методу исчезающей волны, для которых указанная полоса совпадает с максимумом фундаментального поглощения измеряемого компонента, например, спирта или нефтепродуктов. В работе [¹] приводятся данные о создании достаточно простого, быстродействующего и малогабаритного дистанционного ИК анализатора на основе светоизлучающих диодов на основе гетероструктур InAs/InAsSbP с длиной волны излучения λ_max = 3.3 мкм, шириной спектральной полосы излучения 0.4 мкм и фотодиодов p⁺-InAsSbP/n-InAs с удельной обнаружительной способностью $D_{λ \max}^{*} = 6 \cdot 10^{9} с м \cdot Г ц^{1 / 2} / В т$

[²], снабженных микролинзой. Излучение СД с помощью сферического зеркала с рабочим диаметром 68 мм и фокусным расстоянием f = 115 мм формировалось в почти параллельный пучок и через защитный светофильтр направлялось на трассу. Расчетная величина половины угла расходимости излучения СД составляла около 0.2 мрад при диаметре излучающей площадки СД 430 мкм. Излучение, прошедшее трассу и защитный светофильтр модуля приемника, фокусировалось сферическим зеркалом на двухэлементный фотодиод (ФД) или разделялось полупрозрачным зеркалом для подачи на два дискретных ФД. Для разделения по длине волны рабочего и опорного каналов в первой оптической схеме применялся составной многослойный интерференционный фильтр с рабочей длиной волны λ_раб = 3.4 мкм, опорной длиной волны λ_оп = 3.07 мкм. Во второй оптической схеме использовались два дискретных интерференционных фильтра с λ_раб = 3.40 мкм и λ_оп = 3.85 мкм. Предложенная авторами [1] конструкция анализатора позволяла получить максимальную измеряемую концентрацию суммарных углеводородов, имеющих полосу характерную поглощения вблизи 3.3 мкм, на уровне (5 НПВ·м), где НПВ - нижний предел воспламенения, для метана при длине трассы L≤100 м. При этом предел обнаружения метана с помощью анализатора ограничен собственными шумами ФД и составлял ~10^-3 НПВ·м.The invention relates to optoelectronic technology, in particular to semiconductor devices designed to detect and emit infrared (IR) radiation at room temperature. There is a vast field of optical instrumentation, where medium-wave sources of spontaneous emission and photodetectors, for example, having a working band near 3.4 microns, can be indispensable for devices that measure the characteristics of media containing gaseous hydrocarbons, and for fiber-optic sensors that measure the composition of a liquid by the vanishing method waves for which the specified band coincides with the maximum fundamental absorption of the measured component, for example, alcohol or petroleum products. In [ ¹ ], data are presented on the development of a fairly simple, fast, and small-sized remote IR analyzer based on light-emitting diodes based on InAs / InAsSbP heterostructures with a radiation wavelength λ _max = 3.3 μm, a radiation spectral bandwidth of 0.4 μm, and p ⁺ -InAsSbP photodiodes / n-InAs with specific detection

D_{λ \max}^{*} = 6 \cdot 10^{9} from m \cdot R c^{one / 2} / AT t

[ ² ] equipped with a microlens. LED radiation using a spherical mirror with a working diameter of 68 mm and a focal length f = 115 mm was formed into an almost parallel beam and was directed to the path through a protective filter. The calculated value of the half angle of divergence of the LED radiation was about 0.2 mrad with a diameter of the emitting area of the LED 430 μm. The radiation that passed the path and the protective light filter of the receiver module was focused by a spherical mirror onto a two-element photodiode (PD) or separated by a translucent mirror for feeding to two discrete PDs. To separate the working and reference channels by the wavelength in the first optical scheme, a composite multilayer interference filter with a working wavelength of λ _slave = 3.4 μm and a reference wavelength of λ _op = 3.07 μm was used. In the second optical scheme, two discrete interference filters with λ _slave = 3.40 μm and λ _op = 3.85 μm were used. The analyzer design proposed by the authors of [1] made it possible to obtain the maximum measured concentration of total hydrocarbons having a characteristic absorption band near 3.3 μm at the level of (5 LEL · m), where LEL is the lower ignition limit for methane with a path length of L≤100 m. In this case, the detection limit of methane using an analyzer is limited by the PD intrinsic noises and amounted to ~ 10 ^-3 LEL · m.

Известен способ изготовления диодов средневолнового ИК диапазона спектра, включающий изготовление на подложке из n-GaSb с помощью молекулярно-лучевой эпитаксии многослойной эпитаксиальной гетероструктуры AlGaAsSb/AlInGaAsSb/GaInAsSb/AlInGaAsSb/…/AlGaAsSb/p-GaSb, содержащей разделенные p-n переходом эпитаксиальные p- и n-области, из которых оптически активными в рабочем диапазоне длин волн 3.8 мкм являются четыре квантовых ямы GaInAsSb, подготовку поверхности для формирования омических контактов, формирование омических контактов заданной геометрии путем напыления в вакууме слоев, содержащих атомы Ti, Pt, Au, травление разделительных мез в смесях С₄Н₄KNaO₆:НСl: H₂O₂:H₂O и C₆H₈O₇:H₂O₂ и разделительных канавок, утонение подложки, разделение гетероструктуры на чипы и монтаж чипов в корпус с токоподводящими элементами [³]. Предложенный в [3] способ позволил получить светодиоды, яркостная температура которых при токе 0.6 А на длине волны 3.66 мкм составляла 825 и 1350 К при Т=300 К и Т=100 К соответственно.A known method of manufacturing diodes of the mid-wave IR range of the spectrum, including the manufacture on a substrate of n-GaSb using molecular beam epitaxy of a multilayer epitaxial heterostructure AlGaAsSb / AlInGaAsSb / GaInAsSb / AlInGaAsSb / ... / AlGaAsSb / p-p-GaSb, p-p-GaSb junction, n-regions, of which four GaInAsSb quantum wells are optically active in the operating wavelength range of 3.8 μm, surface preparation for the formation of ohmic contacts, formation of ohmic contacts of a given geometry by sputtering in Kuume layers containing Ti, Pt, Au atoms, etching of the separation mesas in mixtures of C ₄ H ₄ KNaO ₆ : Hcl: H ₂ O ₂ : H ₂ O and C ₆ H ₈ O ₇ : H ₂ O ₂ and separation grooves, thinning substrates, the separation of the heterostructure into chips and the installation of chips in a housing with current-carrying elements [ ³ ]. The method proposed in [3] made it possible to obtain LEDs whose brightness temperature at a current of 0.6 A at a wavelength of 3.66 μm was 825 and 1350 K at T = 300 K and T = 100 K, respectively.

Известен способ изготовления диодов средневолнового ИК диапазона спектра, включающий изготовление на подложке из n-InAs методом жидкофазной эпитаксии многослойной эпитаксиальной гетероструктуры, содержащей разделенные p-n переходом эпитаксиальные p- и n-области из InAsSb(P), в которых суммарное содержание атомов индия и мышьяка не менее 40%, область n-типа проводимости является оптически активной в диапазоне длин волн 4.2-4.8 мкм, подготовку поверхности для формирования омических контактов, формирование омических контактов заданной геометрии, содержащих сплавы Au-Ge и Cr-Au, травление разделительных мез в смеси Н₂O₂ и HNO₃ (5:3), разделение гетероструктуры на чипы и монтаж чипов в корпус с токоподводящими элементами [⁴]. Достоинство данного способа определить затруднительно, поскольку заявленные в [4] параметры мощности излучения светодиодов основаны на использовании в качестве эталона «светодиода, изготовленного в Физико-техническом институте им. А.Ф.Иоффе». В ФТИ, как известно, сосуществуют несколько независимых производителей свето- и фотодиодов со своими собственными, часто различающимися, эталонами мощности излучения. Отметим также, что золото и его сплав с легирующей примесью акцепторного или донорного типа также часто используются при изготовлении контакта, примыкающего к In-содержащим полупроводниковым слоям свето- и фотодиодов: Au [⁵], Au-Zn [⁶, ⁷, ⁸], Au-Te [6, 8].A known method of manufacturing diodes of the mid-wave IR range of the spectrum, including the manufacture on a substrate of n-InAs by liquid phase epitaxy of a multilayer epitaxial heterostructure containing pn junctions separated by a pn junction from InAsSb (P), in which the total content of indium and arsenic atoms are not less than 40%, the region of n-type conductivity is optically active in the wavelength range 4.2–4.8 μm, surface preparation for the formation of ohmic contacts, the formation of ohmic contacts of a given geometry, and rusting alloys Au-Ge and Cr-Au, etching of the separation meshes in a mixture of H ₂ O ₂ and HNO ₃ (5: 3), separation of the heterostructure into chips, and chip mounting in a housing with current-carrying elements [ ⁴ ]. The advantage of this method is difficult to determine, since the parameters of the radiation power of LEDs declared in [4] are based on the use of a “LED made at the Physicotechnical Institute named after A.F. Ioffe. ” At the Physicotechnical Institute, as is known, several independent manufacturers of light and photodiodes coexist with their own, often differing, radiation power standards. We also note that gold and its alloy with a doping impurity of acceptor or donor type are also often used in the manufacture of a contact adjacent to In-containing semiconductor layers of light and photodiodes: Au [ ⁵ ], Au-Zn [ ⁶ , ⁷ , ⁸ ], Au-Te [6, 8].

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ изготовления диодов средневолнового ИК диапазона спектра, включающий изготовление многослойной эпитаксиальной гетероструктуры, содержащей подложку из полупроводникового материала А³B⁵ и разделенные p-n переходом p- и n-области, по крайней мере одна из которых выполнена из полупроводникового материала с суммарным содержанием атомов индия и мышьяка не менее 40% и является оптически активной в рабочем диапазоне длин волн, подготовку поверхности для формирования омических контактов, нанесение на поверхность фоточувствительного материала, экспонирование через маску с системой темных и светлых полей, проявление, удаление, по крайней мере, части фоточувствительного материала, эпитаксиальной структуры и подложки, напыление в вакууме металлической композиции заданной геометрии, содержащей атомы Cr, Au, Ni и примеси, формирование, по крайней мере, одной меза-структуры [9].Closest to the claimed technical solution is a method of manufacturing diodes of the mid-wave IR range, including the manufacture of a multilayer epitaxial heterostructure containing a substrate of semiconductor material A ³ B ⁵ and separated by a pn junction of p- and n-regions, at least one of which is made of semiconductor material with a total content of indium and arsenic atoms of at least 40% and is optically active in the working wavelength range; surface preparation for the formation of ohmic contacts, applying a photosensitive material to the surface, exposing through a mask with a dark and bright field system, developing, removing at least a part of the photosensitive material, epitaxial structure and substrate, vacuum deposition of a metal composition of a given geometry containing Cr, Au, Ni atoms and impurities, the formation of at least one mesa structure [9].

В известном способе для изготовления диодов средневолнового ИК диапазона спектра [9] использовалась структура InAs/InAsSb_0.05/InAsSbP_0.3/InAsSb_0.12/InAsSbP_0.3, с расположением p-n перехода на границе InAsSb_0.05/InAsSbP_0.3, полученная методом ЖФЭ на подложке InAs. Контакт к поверхности полупроводника, через которую осуществлялся ввод излучения в активную область, выполнен на поверхности p-типа проводимости, что является характерным конструктивным элементом и для большинства других типов «плоских» диодов, принимающих и испускающих излучение в средневолновом диапазоне электромагнитного излучения [¹⁰, ¹¹]. Достоинством такого фотодиода, как справедливо отмечается в работах [9, ¹²], является широкая спектральная полоса чувствительности, связанная с неглубоким залеганием p-n перехода.In the known method for the manufacture of diodes medium wave IR range [9] The structure used _{_{InAs / InAsSb 0.05 / InAsSbP 0.3 /}} InAsSb 0.12 / InAsSbP 0.3, with the location of the transition at the boundary pn InAsSb _0.05 / InAsSbP _0.3, produced by LPE on a substrate InAs. Contact to the surface of the semiconductor through which radiation was introduced into the active region was made on the p-type surface of conductivity, which is a typical structural element for most other types of “flat” diodes that receive and emit radiation in the medium wavelength range of electromagnetic radiation [ ¹⁰ , ¹¹ ]. The advantage of such a photodiode, as rightly noted in [9, ¹² ], is a wide spectral sensitivity band associated with a shallow occurrence of the pn junction.

Недостатком известного способа [9] является по утверждениям самих авторов то, что «контакты не в полной мере являлись омическими», что имело следствием низкое значение токовой чувствительности из-за наличия дополнительных барьеров, обусловленных этими «неомическими» контактами. Эти дополнительные барьеры являются причинами дополнительного разогрева структуры при использовании смещения, например прямого смещения в светодиодном режиме. Разогрев приводит к существенному уменьшению эффективности диода из-за увеличения вероятности рекомбинации Оже. Низкое качество контактов в свою очередь связано, вероятно, с некоторым произволом, как в выборе толщин, так и в последовательности слоев, составляющих контакты.The disadvantage of this method [9] is, according to the authors themselves, that “the contacts were not fully ohmic”, which resulted in a low value of current sensitivity due to the presence of additional barriers due to these “non-ohmic” contacts. These additional barriers are the causes of additional heating of the structure when using bias, for example, direct bias in LED mode. Heating leads to a significant decrease in the efficiency of the diode due to an increase in the probability of Auger recombination. The low quality of the contacts, in turn, is probably associated with some arbitrariness, both in the choice of thicknesses and in the sequence of layers that make up the contacts.

Задачей изобретения по п.1 является увеличение эффективности работы диода за счет улучшения качества омических контактов.The objective of the invention according to claim 1 is to increase the efficiency of the diode by improving the quality of ohmic contacts.

Задача решается тем, что в способе изготовления диодов средневолнового ИК диапазона спектра, включающем изготовление многослойной эпитаксиальной гетероструктуры, содержащей подложку из полупроводникового материала А³B⁵ и разделенные p-n переходом p- и n-области, по крайней мере, одна из которых выполнена из полупроводникового материала с суммарным содержанием атомов индия и мышьяка не менее 40% и является оптически активной в рабочем диапазоне длин волн, подготовку поверхности для формирования омических контактов, нанесение на поверхность фоточувствительного материала, экспонирование через маску с системой темных и светлых полей, проявление, удаление, по крайней мере, части фоточувствительного материала, эпитаксиальной структуры и подложки, напыление в вакууме металлической композиции заданной геометрии, содержащей атомы Cr, Au, Ni и примеси, формирование, по крайней мере, одной меза-структуры процесс напыления металлической композиции начинают с напыления слоя Cr.The problem is solved in that in the method of manufacturing diodes of the mid-wave IR range of the spectrum, including the manufacture of a multilayer epitaxial heterostructure containing a substrate of semiconductor material A ³ B ⁵ and separated by a pn junction of the p- and n-region, at least one of which is made of a semiconductor material with a total atomic content of indium and arsenic of at least 40% and is optically active in the working wavelength range, surface preparation for the formation of ohmic contacts, deposition on the surface l photosensitive material, exposure through a mask with a system of dark and bright fields, manifestation, removal of at least part of the photosensitive material, epitaxial structure and substrate, vacuum deposition of a metal composition of a given geometry containing Cr, Au, Ni atoms and impurities, formation of at least one mesa structure, the deposition process of a metal composition begins with the deposition of a Cr layer.

По п.2 решается задача увеличения эффективности работы диода за счет улучшения условий для вывода/ввода в полупроводник излучения.According to claim 2, the problem of increasing the efficiency of the diode is solved by improving the conditions for output / input of radiation into the semiconductor.

Задача решается тем, что в способе по п.1 оба омических контакта последовательно напыляют на поверхностях, расположенных со стороны эпитаксиальной части гетероструктуры.The problem is solved in that in the method according to claim 1, both ohmic contacts are sequentially sprayed on surfaces located on the epitaxial part of the heterostructure.

По п.3 решается задача увеличения эффективности работы диода за счет улучшения качества контактов.According to claim 3, the problem of increasing the efficiency of the diode by improving the quality of contacts is solved.

Задача решается тем, что в способе по п.1 подготовку поверхности для формирования омических контактов к слоям n-типа проводимости проводят посредством ионного травления на глубину 0.1-0.3 мкм.The problem is solved in that in the method according to claim 1, surface preparation for the formation of ohmic contacts to n-type conductivity layers is carried out by ion etching to a depth of 0.1-0.3 μm.

По п.4 решается задача увеличения эффективности работы диода за счет улучшения качества контактов к слоям p-типа проводимости.According to claim 4, the problem of increasing the efficiency of the diode by improving the quality of contacts to p-type layers is solved.

Задача решается тем, что в способе по п.1 подготовку поверхности для формирования омических контактов к слоям р-типа проводимости проводят мокрым химическим травлением на глубину 0.2-0.4 мкм в водном растворе состава:The problem is solved in that in the method according to claim 1, surface preparation for the formation of ohmic contacts to p-type layers is carried out by wet chemical etching to a depth of 0.2-0.4 μm in an aqueous solution of the composition:

KBrO₃ KBrO ₃ 8.6-17.2 г/л8.6-17.2 g / l Н3PO₄ H3PO ₄ 1074-1253 г/л1074-1253 g / l СН₃СОСН₃ CH ₃ POP ₃ 0.01-0.1 г/л0.01-0.1 g / l

По п.5 решается задача повышения адгезии и воспроизводимости получения омических контактов к слоям p-типа.According to claim 5, the problem of increasing the adhesion and reproducibility of obtaining ohmic contacts to p-type layers is solved.

Задача решается тем, что в способе по п.4 после завершения мокрого травления в четырехкомпонентной смеси осуществляют дополнительное мокрое химическое травление поверхности полупроводника p-типа проводимости в плавиковой кислоте с концентрацией 14-144 г/л в течение 20-90 с.The problem is solved in that in the method according to claim 4, after completion of wet etching in a four-component mixture, additional wet chemical etching of the surface of the p-type semiconductor is carried out in hydrofluoric acid with a concentration of 14-144 g / l for 20-90 s.

По п.6 решается задача повышения воспроизводимости увеличения эффективности работы диода за счет улучшения качества контактов.According to claim 6, the problem of increasing the reproducibility of increasing the efficiency of the diode by improving the quality of contacts is solved.

Задача решается тем, что в способе по п.1 процесс напыления контакта к n-области проводят после завершения напыления контакта к p-области гетероструктуры и травления меза-структуры.The problem is solved in that in the method according to claim 1, the process of sputtering the contact to the n-region is carried out after completion of the sputtering of the contact to the p-region of the heterostructure and etching of the mesa structure.

По п.7 решается задача увеличения эффективности работы диода за счет создания зеркально-гладкой наклонной боковой стенки активной меза-структуры.According to claim 7, the problem of increasing the efficiency of the diode by creating a mirror-smooth inclined side wall of the active mesa structure is solved.

Задача решается тем, что в способе по п.1 формирование меза-структуры, содержащей активный слой, осуществляют в водном растворе состава:The problem is solved in that in the method according to claim 1, the formation of a mesa structure containing an active layer is carried out in an aqueous solution of the composition:

HBrHBr 358-680 г/л358-680 g / l H₂O₂ H ₂ O ₂ 16-166 г/л16-166 g / l

на глубину H_m, выбираемую из интервала:to a depth of H _m selected from the interval:

$h_{p - n} + \sqrt{S_{p - n}} / 10 \leq H_{m} \leq h_{p - n} + \sqrt{S_{p - n}} / 2$

, где S_p-n - площадь оптически активной области, h_p-n - глубина залегания p-n перехода.

h_{p - n} + \sqrt{S_{p - n}} / 10 \leq H_{m} \leq h_{p - n} + \sqrt{S_{p - n}} / 2

where S _pn is the area of the optically active region, h _pn is the depth of the pn junction.

По п.8 решается задача увеличения воспроизводимости процесса изготовления диода.According to claim 8, the problem of increasing the reproducibility of the diode manufacturing process is solved.

Задача решается тем, что в способе по п.1 после завершения создания контакта к n-области осуществляют травление разделительных мез.The problem is solved in that in the method according to claim 1, after completing the creation of contact to the n-region, etching of the separation mesas is carried out.

По п.9 решается задача увеличения воспроизводимости процесса изготовления диода.According to claim 9, the problem of increasing the reproducibility of the diode manufacturing process is solved.

Задача решается тем, что в способе по п.8, травление разделительных мез осуществляют на глубину 20-60 мкм в водном растворе состава:The problem is solved in that in the method according to claim 8, the etching of the separation meshes is carried out to a depth of 20-60 microns in an aqueous solution of the composition:

HBrHBr 358-680 г/л358-680 g / l Н₂O₂ H ₂ O ₂ 16-166 г/л16-166 g / l

По п.10 решается задача увеличения эффективности диодов в фотодиодном режиме за счет увеличения коэффициента сбора фотогенерированных носителей в поверхностно облучаемых фотодиодах.According to claim 10, the problem of increasing the efficiency of diodes in the photodiode mode is solved by increasing the collection coefficient of photogenerated carriers in surface-irradiated photodiodes.

Задача решается тем, что в способе по п.1 при изготовлении контакта к оптически активной области используют маску с системой темных и светлых полей, в которой соотношение между периметром границы темного и светлого полей и периметром оптически активной области выбирают из интервала:The problem is solved in that in the method according to claim 1, in the manufacture of contact to the optically active region, a mask with a dark and light field system is used, in which the ratio between the perimeter of the dark and light field boundary and the perimeter of the optically active region is selected from the interval:

$P_{p - n} \cdot (\frac{\sqrt{S_{p - n}}}{1.3 \cdot L_{s p r}}) + P_{c o n t}^{\min} \geq P_{c o n t} \geq P_{p - n} \cdot (\frac{\sqrt{S_{p - n}}}{13 \cdot L_{s p r}}) + P_{c o n t}^{\min}$

,

P_{p - n} \cdot (\frac{\sqrt{S_{p - n}}}{1.3 \cdot L_{s p r}}) + P_{c o n t}^{\min} \geq P_{c o n t} \geq P_{p - n} \cdot (\frac{\sqrt{S_{p - n}}}{13 \cdot L_{s p r}}) + P_{c o n t}^{\min}

,

где P_p-n, S_p-n - периметр и площадь оптически активной области, соответственно, P_cont - периметр границы темного и светлого полей, L_spr - длина растекания тока, $P_{c o n t}^{\min}$

- периметр контакта с минимально возможной для используемых технологических процессов площадью.where P _pn , S _pn is the perimeter and area of the optically active region, respectively, P _cont is the perimeter of the boundary between the dark and bright fields, L _spr is the current spreading length,

P_{c o n t}^{\min}

- the perimeter of the contact with the minimum possible area for the used technological processes.

По п.11 решается задача упрочнения контакта - увеличение механического усилия для отрыва контакта от полупроводника.According to claim 11, the task of contact hardening is solved - an increase in the mechanical force to break the contact from the semiconductor.

Задача решается тем, что в способе по п.1 процесс напыления Cr прекращают при достижении им суммарной толщины в диапазоне от 0.01 до 0.7 мкм.The problem is solved in that in the method according to claim 1, the Cr deposition process is stopped when it reaches a total thickness in the range from 0.01 to 0.7 μm.

По п.12 решается задача улучшения качества контакта.According to item 12, the problem of improving the quality of contact is solved.

Задача решается тем, что в способе по п.1, после завершения процесса напыления слоя Cr инициируют процесс напыления Au, который останавливают при его суммарной толщине от 0.1 до 0.6 мкм.The problem is solved in that in the method according to claim 1, after completion of the deposition process of the Cr layer, the Au deposition process is initiated, which is stopped at its total thickness from 0.1 to 0.6 μm.

По п.13 решается задача улучшения качества контакта.According to item 13, the problem of improving the quality of contact is solved.

Задача решается тем, что в способе по п.1 после завершения процесса напыления слоя Cr на поверхности с электронным типом проводимости инициируют процесс напыления сплава Au с донорной примесью, который останавливают при его суммарной толщине от 0.1 до 0.6 мкм.The problem is solved in that in the method according to claim 1, upon completion of the deposition process of a Cr layer on a surface with an electronic type of conductivity, a deposition process of an Au alloy with a donor impurity is initiated, which is stopped at a total thickness of 0.1 to 0.6 μm.

По п.14 решается задача улучшения качества контакта.According to item 14, the problem of improving the quality of contact is solved.

Задача решается тем, что в способе по п.1, после завершения процесса напыления слоя Cr на поверхности с дырочным типом проводимости инициируют процесс напыления сплава Au с акцепторной примесью, который останавливают при его суммарной толщине от 0.1 до 0.6 мкм.The problem is solved in that in the method according to claim 1, after the deposition process of the Cr layer on the surface with hole type conductivity is completed, the deposition process of the Au alloy with an acceptor impurity is initiated, which is stopped at its total thickness from 0.1 to 0.6 μm.

По п.15 решается задача улучшения механической прочности контакта.According to item 15, the problem of improving the mechanical strength of the contact is solved.

Задача решается тем, что в способе по любому из пп.12-14 после завершения процесса напыления атомов Au инициируют процесс напыления Ni, который останавливают при его суммарной толщине от 0.01 до 0.5 мкм.The problem is solved in that in the method according to any one of claims 12-14, after the deposition of Au atoms is completed, the deposition process of Ni is initiated, which is stopped at a total thickness of 0.01 to 0.5 μm.

По п.16 решается задача увеличения химической стойкости контакта и смачиваемости при последующих операциях пайки.According to clause 16, the problem of increasing the chemical resistance of the contact and wettability during subsequent soldering operations is solved.

Задача решается тем, что в способе по п.15 после завершения процесса напыления слоя Ni инициируют процесс напыления Au.The problem is solved in that in the method according to claim 15, after the deposition process of the Ni layer is completed, the deposition process of Au is initiated.

По п.17 решается задача улучшения стойкости контакта при последующих операциях сборки, например при пайке припоем.According to claim 17, the problem of improving the contact resistance during subsequent assembly operations, for example, when soldering solder, is solved.

Задача решается тем, что в способе по п.16 процесс напыления Au останавливают при его суммарной толщине от 0.1 до 1 мкм.The problem is solved in that in the method according to clause 16, the Au deposition process is stopped at its total thickness from 0.1 to 1 μm.

По п.18 решается задача улучшения стойкости контакта при последующих операциях сборки, например при пайке припоем.According to claim 18, the problem of improving the contact resistance during subsequent assembly operations is solved, for example, when soldering with solder.

Задача решается тем, что в способе по любому из пп.11-14, 16, 17, после завершения процессов напыления осуществляют селективное электрохимическое осаждение Au, которое останавливают при его суммарной толщине 1-6 мкм.The problem is solved in that in the method according to any one of claims 11-14, 16, 17, after completion of the deposition processes, selective electrochemical deposition of Au is carried out, which is stopped at a total thickness of 1-6 μm.

По п.19 решается задача улучшения качества контакта.According to claim 19, the problem of improving the quality of contact is solved.

Задача решается тем, что в способе по п.18 электрохимическое осаждение Au проводят при плотности тока I_K= 0.02-0.08 мА/мм².The problem is solved in that in the method according to claim 18, the electrochemical deposition of Au is carried out at a current density of I _K = 0.02-0.08 mA / mm ² .

По п.20 решается задача увеличения эффективности генерации и приема излучения.According to claim 20, the problem of increasing the efficiency of generation and reception of radiation is solved.

Задача решается тем, что в способе по п.1 удаление части подложки со стороны, противоположной эпитаксиальной, по крайней мере, в области, смежной по отношению к активной области, проводят на глубину 50-450 мкм в водном растворе составаThe problem is solved in that in the method according to claim 1, the removal of a part of the substrate from the side opposite the epitaxial, at least in the region adjacent to the active region, is carried out to a depth of 50-450 μm in an aqueous solution of the composition

НClHCl 17-71 г/л17-71 g / l HNO₃ HNO ₃ 128-512 г/л128-512 g / l Н₂O₂ H ₂ O ₂ 122-306 г/л122-306 g / l

Способ поясняется чертежом на Фиг.1, на котором представлена схема фотодиода (ФД) (1) включающего гетероструктуру, содержащую подложку (2) и эпитаксиальные p- и n- слои (3, 4), разделенными p-n переходом (5), токоподводящие контакты (6, 7), расположенные со стороны эпитаксиальной поверхности, неактивную (8) и активную (9) области, разделенные мезой травления на эпитаксиальной поверхности (10) и электрически связанные с p-n переходом (5) и контактами (6, 7), контакт к неактивной области (7), расположенный сбоку от активной области (9). На фиг.1 также показаны поперечный размер контакта к неактивной области вдоль эпитаксиальной поверхности в направлении, проходящем между контактом к неактивной областью и упомянутой мезой (11), максимальный размер мезы в том же направлении (12), минимальное расстояние между проекциями краев мезы высотой (17) и диода на поверхность подложки для двух ортогональных направлений вдоль поверхности подложки L (13), диаметр вписанной в проекцию мезы окружности D (14) и высота мезы (15). Меза получена удалением (стравливанием) p-n перехода вне мезы так, что меза «возвышается» над чипом, а контакты расположены на разных уровнях. При этом контакт (7) расположен на плоской поверхности и не имеет соприкосновения с p-n переходом. Контакт (7) может быть плоским или иметь заметный объем, образующийся, например, при пайке индием или другим припоем. Штриховыми стрелками показан ход лучей при использовании диода в фотодиодном режиме, а жирными линиями показаны токопроводящие проводники к активной (16) и неактивной (17) областям. Токопроводящие проводники могут быть припаяны или приварены термокомпрессионной или ультразвуковой сваркой к контактным площадкам (контактам) 6 и 7.The method is illustrated by the drawing in Fig. 1, which shows a diagram of a photodiode (PD) (1) comprising a heterostructure containing a substrate (2) and epitaxial p- and n-layers (3, 4), separated by a pn junction (5), current-conducting contacts (6, 7) located on the epitaxial surface side, inactive (8) and active (9) regions separated by the etching mesa on the epitaxial surface (10) and electrically connected to the pn junction (5) and contacts (6, 7), contact to the inactive area (7), located on the side of the active area (9). Figure 1 also shows the transverse size of the contact to the inactive region along the epitaxial surface in the direction passing between the contact to the inactive region and the mentioned mesa (11), the maximum size of the mesa in the same direction (12), the minimum distance between the projections of the edges of the mesa height ( 17) and a diode to the substrate surface for two orthogonal directions along the substrate surface L (13), the diameter of the circle D (14) inscribed in the mesa projection and the mesa height (15). The mesa is obtained by removing (etching) the pn junction outside the mesa so that the mesa “rises” above the chip, and the contacts are located at different levels. Moreover, contact (7) is located on a flat surface and has no contact with the pn junction. Contact (7) can be flat or have a noticeable volume, formed, for example, when soldering with indium or other solder. The dashed arrows show the ray paths when using the diode in the photodiode mode, and the bold lines show the conductive conductors to the active (16) and inactive (17) regions. Conducting conductors can be soldered or welded by thermocompression or ultrasonic welding to the contact pads (contacts) 6 and 7.

Авторы определили экспериментально, что в процессе изготовления диодов средневолнового ИК диапазона спектра, включающем формирование контактов (6) к многослойной эпитаксиальной гетероструктуре, наилучшей адгезией к полупроводниковому материалу (4) с суммарным содержанием атомов индия и мышьяка не менее 40% обладают слои Cr, поэтому процесс напыления металлической композиции следует начинать с напыления слоя Cr. Наличие слоя Cr между полупроводником и остальной частью многослойного контакта обеспечивает как низкое барьерное сопротивление, так и высокую прочность соединения металл-полупроводник. Именно поэтому фотодиоды с таким контактом обладают повышенной чувствительностью и большей долговечностью по сравнению со своими аналогами с другими типами контактов.The authors experimentally determined that in the process of manufacturing diodes of the mid-wave IR spectral range, including the formation of contacts (6) to a multilayer epitaxial heterostructure, the best adhesion to semiconductor material (4) with a total content of indium and arsenic atoms of at least 40% is possessed by Cr layers, therefore, the process the sputtering of the metal composition should begin with the sputtering of the Cr layer. The presence of a Cr layer between the semiconductor and the rest of the multilayer contact provides both a low barrier resistance and a high metal-semiconductor bond strength. That is why photodiodes with such a contact have increased sensitivity and greater durability compared to their counterparts with other types of contacts.

Нами также установлено, что пространственное разнесение омических контактов одновременно с использованием поверхности подложки для вывода/ввода в полупроводник излучения повышает эффективность работы диода ввиду создания возможности для отражения фотонов от границы раздела Cr/полупроводниковый материал с суммарным содержанием атомов индия и мышьяка не менее 40%. Повышение эффективности в данном случае обусловлено высоким коэффициентом отражения инфракрасного излучения от границы раздела Cr/полупроводник, составляющим по оценке не менее 60%. При этом важно отсутствие затенения как для падающих, так и для генерированных в активной области фотонов. Последнее отражено на Фиг.1, где контакт (7) не затеняет поток фотонов, направленных к активной части p-n перехода (к активной области (9)) и к контакту (7).We also found that the spatial diversity of ohmic contacts simultaneously using the surface of the substrate for outputting / introducing radiation into the semiconductor increases the efficiency of the diode due to the creation of the possibility for photons to be reflected from the Cr / semiconductor interface with a total content of indium and arsenic atoms of at least 40%. The increase in efficiency in this case is due to the high coefficient of reflection of infrared radiation from the Cr / semiconductor interface, estimated at least 60%. In this case, the absence of shadowing is important for both incident and photons generated in the active region. The latter is shown in FIG. 1, where contact (7) does not obscure the photon flux directed to the active part of the pn junction (to the active region (9)) and to contact (7).

В диоде, получаемом по предлагаемому способу часть фотонов, вошедших извне в полупроводниковую структуру, прошедших через p-n переход и не поглощенных в активной области, отражается от контакта (7) и вновь оказывается в области поглощения. Тем самым увеличивается вероятность поглощения фотонов, что особенно существенно в длинноволновой части спектра, в которой полупроводник имеет резкий край поглощения. В результате в длинноволновой части спектра повышается эффективность ФД. Аналогично этому увеличивается поток фотонов, покидающих кристалл при работе в светодиодном режиме. Для планарных структур с гладкими поверхностями указанное свойство может проявляться в виде тонкой структуры мод резонатора Фабри-Перо, образованного плоским контактом (7) (R≥0.6) и световыводящей поверхностью (R=0.3) (см., например, [¹³]).In the diode obtained by the proposed method, some of the photons entering the semiconductor structure from outside, passing through the pn junction and not absorbed in the active region are reflected from contact (7) and again appear in the absorption region. This increases the probability of absorption of photons, which is especially significant in the long-wavelength part of the spectrum, in which the semiconductor has a sharp absorption edge. As a result, in the long-wave part of the spectrum, the efficiency of the PD increases. Similarly, the flux of photons leaving the crystal during operation in the LED mode increases. For planar structures with smooth surfaces, this property can manifest itself in the form of a fine structure of the modes of the Fabry-Perot cavity formed by a flat contact (7) (R≥0.6) and a light-output surface (R = 0.3) (see, for example, [ ¹³ ]).

Дополнительное преимущество при изготовлении диодов по заявляемому способу возникает также и за счет возможности использования иммерсионной оптики, поскольку в получаемом диоде имеется свободная от контактов поверхность подложки (или буферных слоев), на которую можно устанавливать/приклеивать оптическим клеем линзу. Использование иммерсионных линз широко используется на практике для повышения мощности и обнаружительной способности D* диодов в диапазоне от 3 до 7 мкм (см., например, [¹⁴, ¹⁵]). При этом чаще всего используются линзы в виде «сферы Вейерштрасса», увеличивающие на порядок значение D* [15, ¹⁶] для линзы диаметром 3.5 мм.An additional advantage in the manufacture of diodes according to the claimed method also arises due to the possibility of using immersion optics, since the resulting diode has a contact-free surface of the substrate (or buffer layers) on which the lens can be mounted / glued with optical glue. The use of immersion lenses is widely used in practice to increase the power and detectability of D * diodes in the range from 3 to 7 μm (see, for example, [ ¹⁴ , ¹⁵ ]). In this case, lenses in the form of a “Weierstrass sphere” are most often used, increasing the D * value by an order of magnitude [15, ¹⁶ ] for a lens with a diameter of 3.5 mm.

В заявляемом способе перед началом формирования контакта к слоям n-типа проводимости производят удаление окисной пленки, формирующейся в процессе выращивания гетероструктуры и процессе проведения фотолитографии. Для этого проводят ионно-лучевое (сухое) травление на глубину 0.1-0.3 мкм непосредственно перед началом проведения процесса напыления в вакууме. При глубине травления менее 0.1 мкм часть окисла может остаться на поверхности слоя, глубины травления более 0.3 мкм нецелесообразны из-за неоправданного расхода ресурса работы установки и из-за неоправданного утонения.In the inventive method, before the formation of contact to the n-type conductivity layers, the oxide film is removed, which is formed during the growth of the heterostructure and the process of photolithography. To do this, conduct ion-beam (dry) etching to a depth of 0.1-0.3 microns immediately before the start of the deposition process in vacuum. If the etching depth is less than 0.1 μm, part of the oxide may remain on the layer surface, etching depths greater than 0.3 μm are not practical because of the unjustified consumption of the plant's operating life and because of unjustified thinning.

Подготовку поверхности к напылению контакта к слоям p-типа проводимости мы предлагаем также проводить альтернативным способом - при «мокром» травлении. Авторы не имеют однозначного объяснения, почему качество контактов и воспроизводимость результатов зависит от состава травителя, но в ходе многочисленных опытов установили, что наилучшее качество контактов имеет место при травлении p-области гетероструктуры в водном растворе состава:We also propose to prepare the surface for sputtering the contact to p-type conductivity layers in an alternative way - with “wet” etching. The authors do not have an unambiguous explanation why the quality of the contacts and reproducibility of the results depend on the composition of the etchant, but in the course of numerous experiments it was found that the best quality of contacts occurs when etching the p-region of the heterostructure in an aqueous solution of the composition

KBrO₃ KBrO ₃ 8.6-17.2 г/л8.6-17.2 g / l H₃PO₄ H ₃ PO ₄ 1074-1253 г/л1074-1253 g / l СН₃СОСН₃ CH ₃ POP ₃ 0.01-0.1 г/л0.01-0.1 g / l

на глубину 0.2-0.4 мкм.to a depth of 0.2-0.4 microns.

Еще более уверенные результаты дает второе «тонкое» травление поверхности, уже травленной ранее в «мокром» варианте, описанном выше, в разбавленной плавиковой кислоте с концентрацией 14-144 г/л в течение 20-90 с.Even more confident results are obtained by the second “thin” etching of a surface already etched previously in the “wet” version described above in dilute hydrofluoric acid with a concentration of 14-144 g / l for 20-90 s.

При времени травления менее 20 с окисная пленка на поверхности полупроводника не удаляется полностью. При времени травления более 90 с пленка окисла удалена полностью, но при этом неоправданно увеличивается время проведения процесса.When the etching time is less than 20 s, the oxide film on the surface of the semiconductor is not completely removed. When the etching time is more than 90 s, the oxide film is completely removed, but the process time is unreasonably increased.

Экспериментально установлено, что для увеличения воспроизводимости повышения эффективности диодов травление разделительных мез необходимо проводить после завершения создания контакта к n-области.It was experimentally established that to increase the reproducibility of increasing the efficiency of diodes, etching of the separation meshes should be carried out after the creation of contact to the n-region is completed.

Экспериментально установлено, что для увеличения повышения эффективности диодов необходимо обеспечить дополнительный сбор излучения, отраженного от наклонных стенок мезы, как показано пунктирными стрелками на Фиг.1. Для формирования эффективного диода необходимо сочетание гладкости стенок, наличие протяженного участка стенки с углом наклона к поверхности 45°, что обеспечивается при формировании меза-структуры в водном растворе состава:It was experimentally established that to increase the efficiency of the diodes, it is necessary to provide additional collection of radiation reflected from the inclined walls of the mesa, as shown by the dashed arrows in FIG. For the formation of an effective diode, a combination of wall smoothness, the presence of an extended wall section with an angle of inclination to the surface of 45 ° is necessary, which is ensured when a mesa structure is formed in an aqueous solution of the composition:

HBrHBr 358-680 г/л358-680 g / l H₂O₂ H ₂ O ₂ 16-166 г/л16-166 g / l

на глубину Н_m, выбираемую из интервала:to a depth of H _m selected from the interval:

$h_{p - n} + \sqrt{S_{p - n}} / 15 \leq H_{m} \leq h_{p - n} + \sqrt{S_{p - n}} / 2$

h_{p - n} + \sqrt{S_{p - n}} / fifteen \leq H_{m} \leq h_{p - n} + \sqrt{S_{p - n}} / 2

При $H_{m} \leq h_{p - n} + \sqrt{S_{p - n}} / 15$

меза слишком «мелкая», и вклад отраженных от ее стенок лучей невелик. При

H_{m} \geq h_{p - n} + \sqrt{S_{p - n}} / 2

получаемый профиль мезы обеспечивает необходимый ход лучей, однако меза оказывается неоправданно «глубокой», т.е. не обеспечивает увеличение эффективности из-за поглощения излучения на большом оптическом пути (в «толстой» подложке).At

H_{m} \leq h_{p - n} + \sqrt{S_{p - n}} / fifteen

the mesa is too “small”, and the contribution of the rays reflected from its walls is small. At

H_{m} \geq h_{p - n} + \sqrt{S_{p - n}} / 2

the obtained mesa profile provides the necessary ray path, however, the mesa appears to be unreasonably “deep”, i.e. It does not provide an increase in efficiency due to the absorption of radiation on a large optical path (in a "thick" substrate).

Выход за пределы обозначенного состава травителя приведет к потере чувствительности из-за нарушения гладкости стенок и искажения формы мезы.Going beyond the designated composition of the etchant will lead to a loss of sensitivity due to a violation of the smoothness of the walls and distortion of the shape of the mesa.

В отличие от способа-прототипа, в котором контакт на освещаемой поверхности (контакт, участвующий в сборе фототока) создают точечным, в заявляемом способе контакт формируют при использовании фотошаблона, создающего увеличенный периметр контакта (в прототипе периметр круглого контакта имел размер, обусловленный требованием получения минимального затенения активной области при сохранении возможности электрического соединения с проволокой, типичной для используемых технологических процессов). Увеличенный периметр контакта, получаемый в заявляемом способе, позволяет производить сбор фототока более эффективно, чем в фотодиодах с малым периметром контакта.In contrast to the prototype method, in which the contact on the illuminated surface (the contact participating in the collection of the photocurrent) is made point-wise, in the claimed method, the contact is formed using a photomask creating an increased contact perimeter (in the prototype, the round contact perimeter had a size due to the requirement to obtain a minimum shading of the active region while maintaining the possibility of electrical connection with a wire, typical for the used technological processes). The increased contact perimeter obtained in the present method allows the collection of photocurrent more efficiently than in photodiodes with a small contact perimeter.

В фотодиодах для среднего инфракрасного диапазона спектра содержащих подложку из полупроводникового материала A³B⁵ и активной области, выполненной из полупроводникового материала с суммарным содержанием атомов индия и мышьяка не менее 40%, фототек ввиду невысокого значения высоты потенциального барьера на p-n переходе неравномерно распределен по поверхности: в непосредственной близости от контакта: он минимален в областях, удаленных от контакта. Указанное свойство неравномерности усиливается с уменьшением ширины запрещенной зоны (E_g) и/или при увеличении температуры фотодиода (T), другими словами при уменьшении параметра (kT/E_g) длина растекания тока (L_spr) уменьшается. Поэтому в фотодиодах с малым размером контакта (т.е. при малом его периметре) эффективность при длинах волн, более 3 мкм и/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) и малой длины растекания тока (L_spr) имеют повышенную эффективность. Форма контакта может быть разной, например, иметь разветвления или повторяющиеся элементы, соединенные между собой, при этом важно, чтобы выполнялось условие.In photodiodes for the middle infrared range of the spectrum containing a substrate of semiconductor material A ³ B ⁵ and an active region made of a semiconductor material with a total content of indium and arsenic atoms of at least 40%, the photocurrent is not uniformly distributed over the surface due to the low height of the potential barrier at the pn junction : in the immediate vicinity of the contact: it is minimal in areas remote from the contact. The indicated property of non-uniformity increases with decreasing band gap (E _g ) and / or with increasing temperature of the photodiode (T), in other words, with decreasing parameter (kT / E _g ), the current spreading length (L _spr ) decreases. Therefore, in photodiodes with a small contact size (i.e., with a small perimeter thereof), the efficiency at wavelengths greater than 3 μm and / 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 round shape) and a short current spreading length (L _spr ), have increased efficiency. The contact form can be different, for example, have branches or repeating elements interconnected, it is important that the condition is met.

,

P_{p - n} \cdot (\frac{\sqrt{S_{p - n}}}{1.3 \cdot L_{s p r}}) + P_{c o n t}^{\min} \geq P_{c o n t} \geq P_{p - n} \cdot (\frac{\sqrt{S_{p - n}}}{13 \cdot L_{s p r}}) + P_{c o n t}^{\min}

,

где P_p-n, S_p-n - периметр и площадь оптически активной области, соответственно, Р_соnt - периметр границы темного и светлого полей, L_spr - длина растекания тока, $P_{c o n t}^{\min}$

- периметр контакта с минимально возможной для используемых технологических процессов площадью.where P _pn , S _pn is the perimeter and area of the optically active region, respectively, _Pcont is the perimeter of the boundary between the dark and bright fields, L _spr is the current spreading length,

P_{c o n t}^{\min}

Длина растекания тока L_spr, 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 (R_o) и сопротивлениями p- и n-областей и соотношениями между геометрическими характеристиками образца (толщинами, латеральными размерами, месторасположением и формой). Для расчета значений L_spr пользуются формализмом, изложенным в монографии Ф.Шуберта [¹⁷], статье [¹⁸] или определяют экспериментально, используя методы атомно-силовой микроскопии совместно с методом Кельвина (Kelvin probe), позволяющие определить распределение потенциала на поверхности [¹⁹], или используют ИК - изображения поверхности ФД (т.е. 2D - распределение интенсивности), на которые подано смещение [²⁰, ²¹].The current spreading length L _spr , i.e. the distance at which the current value decreases (e) times from the value close to 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 dimensions , location and shape). To calculate the values of L _{spr, the} formalism described in the monograph by F. Schubert [ ¹⁷ ], article [ ¹⁸ ] 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 [ ¹⁹ ] , or use IR images of the PD surface (ie, 2D is the intensity distribution) for which the bias is applied [ ²⁰ , ²¹ ].

При $P_{c o n t} \leq P_{p - n} \cdot (\frac{\sqrt{S_{p - n}}}{13 \cdot L_{s p r}}) + P_{c o n t}^{\min}$

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} \leq P_{p - n} \cdot (\frac{\sqrt{S_{p - n}}}{13 \cdot L_{s p r}}) + P_{c o n t}^{\min}

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 $P_{c o n t} \geq P_{p - n} \cdot (\frac{\sqrt{S_{p - n}}}{1.3 \cdot L_{s p r}}) + P_{c o n t}^{\min}$

бóльшая часть рожденных в активной области пар электрон-дырка дает вклад в фототек, 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} \geq P_{p - n} \cdot (\frac{\sqrt{S_{p - n}}}{1.3 \cdot L_{s p r}}) + P_{c o n t}^{\min}

Most of the electron – hole pairs produced in the active region contribute to the photo library, but the total number of generated pairs is small due to the shadowing of the majority of the active region by the contact. As a result, the efficiency of the photodiode is also low.

При создании контакта важными являются не только последовательности слоев, но и их толщины. При толщине слоя хрома менее 0.01 мкм он не обеспечивает необходимую прочность соединения с полупроводником; при толщине же более 0.7 мкм внутренние деформации способствуют его самопроизвольному отслаиванию от полупроводника.When creating a contact, important are not only the sequence of layers, but also their thickness. With a chromium layer thickness of less than 0.01 microns, it does not provide the necessary strength of the connection with the semiconductor; with a thickness of more than 0.7 μm, internal deformations contribute to its spontaneous delamination from the semiconductor.

Хром способен вытеснить водород из кислот или солей и поэтому для увеличения химической стойкости контакта после завершения процесса напыления слоя Cr инициируют процесс напыления Au, защищающего, слой Cr от воздействий среды. Желательно оба вышеуказанных процесса производить в одной вакуумной камере без контакта образца с атмосферным воздухом. При толщине слоя золота менее 0.1 мкм он не обеспечивает необходимую прочность соединения с нижележащим слоем Cr; при толщине же более 0.6 мкм внутренние деформации способствуют его самопроизвольному отслаиванию от полупроводника.Chromium is able to displace hydrogen from acids or salts, and therefore, to increase the chemical resistance of the contact after completion of the deposition process of the Cr layer, the deposition process of Au, which protects the Cr layer from environmental influences, is initiated. It is desirable to carry out both of the above processes in the same vacuum chamber without contacting the sample with atmospheric air. With a gold layer thickness of less than 0.1 μm, it does not provide the necessary strength of the connection with the underlying Cr layer; with a thickness of more than 0.6 μm, internal deformations contribute to its spontaneous delamination from the semiconductor.

При невысоких концентрациях носителей заряда (невысоком уровне легирования) полупроводниковых слоев нередко появление высоких значений контактных сопротивлений, поэтому для таких случаев проводят напыление золота или его сплава, содержащего примесь донорного или акцепторного типа, которая в процессе напыления диффундирует через нижележащие слои к полупроводнику и создает в нем область с повышенной концентрацией носителей в непосредственной близости от контакта. Для полупроводника p-типа проводимости используют акцепторную примесь, а для полупроводника n-типа проводимости - донорную. Например, для полупроводника p-типа проводимости используют сплав Au-Zn, а для полупроводника n-типа проводимости: Au-Ge. В обоих случаях имеет место повышение эффективности за счет снижения высоты барьера на границе металл-полупроводник.At low concentrations of charge carriers (low doping level) of semiconductor layers, often high contact resistances appear, therefore, in such cases, gold or its alloy containing an impurity of donor or acceptor type is deposited, which diffuses through the underlying layers to the semiconductor during deposition and creates a region with an increased concentration of carriers in the immediate vicinity of the contact. An acceptor impurity is used for a p-type semiconductor, and a donor impurity is used for an n-type semiconductor. For example, an Au-Zn alloy is used for a p-type semiconductor, and Au-Ge is used for an n-type semiconductor. In both cases, there is an increase in efficiency by reducing the height of the barrier at the metal-semiconductor interface.

После завершения процесса напыления слоя Au или сплава Au с примесями инициируют процесс напыления Ni, имеющего меньший, чем у золота коэффициент термического расширения. Это позволяет снизить уровень термических напряжений и увеличить прочность контактов.After the deposition process is completed, an Au layer or Au alloy with impurities initiates the deposition process of Ni, which has a thermal expansion coefficient lower than that of gold. This allows you to reduce the level of thermal stresses and increase the strength of the contacts.

При его суммарной толщине слоя Ni менее 0.01 мкм эффект от его присутствия незначителен, при толщине более 0.5 мкм возможно его отслаивание от нижележащих слоев.With its total thickness of the Ni layer less than 0.01 μm, the effect of its presence is negligible, with a thickness of more than 0.5 μm, it can be peeled off from the underlying layers.

Для увеличения химической стойкости контакта, а также для увеличения стойкости контактов по отношению к последующим операциям сборки - пайке или приварке после завершения процесса напыления слоя Ni, его поверхность защищают путем напыления на него золота. Ввиду высокой стоимости золота и большому расходу при напылении, толщину этого слоя ограничивают значением 0.1-1 мкм.To increase the chemical resistance of the contact, as well as to increase the resistance of the contacts with respect to the subsequent assembly operations — soldering or welding after the deposition process of the Ni layer is completed, its surface is protected by spraying gold on it. Due to the high cost of gold and high consumption during sputtering, the thickness of this layer is limited to 0.1-1 microns.

Осуществление селективного электрохимического осаждения слоя Au, толщиной 1-4 мкм увеличивает стойкость диода при его сборке, поскольку многие операции пайки предусмотрены для достаточно высоких температур (до 200°С). При толщине менее 1 мкм возможно «проплавление» золота при последующих операциях сборки и ухудшение качества электрического соединения. При толщине более 6 мкм возможно отслаивание контакта от поверхности полупроводника.The implementation of selective electrochemical deposition of an Au layer with a thickness of 1-4 μm increases the resistance of the diode during its assembly, since many soldering operations are provided for sufficiently high temperatures (up to 200 ° C). With a thickness of less than 1 μm, gold “fusion” is possible during subsequent assembly operations and a deterioration in the quality of the electrical connection. With a thickness of more than 6 μm, peeling of the contact from the surface of the semiconductor is possible.

Оптимальными плотностями тока при проведении электрохимического осаждения Au являются значения I_K = 0.02-0.08 мА/мм². При плотностях тока меньших чем 0.02-0.08 мА/мм² неоправданно увеличивается время процесса, при плотностях тока более 0.08 мА/мм² ухудшение качества осажденной пленки: она становится рыхлой и непрочной.The optimal current densities during electrochemical deposition of Au are I _K = 0.02-0.08 mA / mm ² . At current densities less than 0.02-0.08 mA / mm ² , the process time unnecessarily increases; at current densities greater than 0.08 mA / mm ^{2, the} quality of the deposited film deteriorates: it becomes loose and fragile.

Удаление части подложки со стороны, противоположной эпитаксиальной, по крайней мере, в области, смежной по отношению к активной области, на глубину 50-450 мкм в водном растворе состава:Removing part of the substrate from the side opposite the epitaxial, at least in the region adjacent to the active region, to a depth of 50-450 μm in an aqueous solution of the composition:

НСlHcl 17-71 г/л17-71 g / l HNO₃ HNO ₃ 128-512 г/л128-512 g / l H₂O₂ H ₂ O ₂ 122-306 г/л122-306 g / l

Повышает эффективность диодов с выводом/вводом излучения через подложку, поскольку уменьшаются оптические потери на поглощение. Утонение на толщину менее 50 мкм не приводит, как правило, к существенным изменениям эффективности, но увеличивает время изготовления и стоимость изделия за счет проведения дополнительной операции. Стравливание толщин, больших 450 мкм, нерационально, т.к. расходуется значительная часть подложечного материала впустую. Экономически более выгодно использовать подложки меньшей толщины, при этом толщина удаленного материала будет небольшой.It increases the efficiency of diodes with the output / input of radiation through the substrate, since optical absorption losses are reduced. Thinning to a thickness of less than 50 microns does not usually lead to significant changes in efficiency, but increases the manufacturing time and cost of the product due to an additional operation. Etching thicknesses greater than 450 microns is irrational, because a significant part of the substrate material is wasted. It is economically more profitable to use substrates of smaller thickness, while the thickness of the removed material will be small.

Использование составов травителя за пределами, указанными выше, приводит к неконтролируемости процесса, нарушению планарности травления.The use of etchant compositions beyond the limits indicated above leads to uncontrolled process, violation of planar etching.

Пример 1. Диод изготавливался в ООО «Иоффе ЛЕД» на основе двойных гетероструктур, которые выращивались методом ЖФЭ и состояли из нелегированной подложки n⁺-InAs (111)A (n⁺=1÷2·10¹⁸ см^-3) (позиция №2 на Фиг.1) и трех эпитаксиальных слоев: прилегающего к подложке широкозонного ограничивающего слоя n-InAs_1-x-ySb_xP_y (0.05≤x≤0.09, 0.09≤y≤0.18) (3), активного слоя In_1-vGa_vAs_1-wSb_w (v≤0.07, w≤0.07) с p-n переходом (5) и широкозонного эмиттера p-(Zn)-InAs_1-x-ySb_xP_y (0.05≤х≤0.09, 0.09≤y≤0.18) (4). Толщины широкозонных слоев составляли 3÷4 мкм, активного слоя - 1 мкм; подложка (2), исходно имевшая толщину 350 мкм, утонялась до толщины 100 мкм шлифовкой на мелкодисперсном порошке М5 из карбида кремния.Example 1. The diode was manufactured at Ioffe LED LLC on the basis of double heterostructures, which were grown by the LPE method and consisted of an undoped n ⁺ -InAs (111) A substrate (n ⁺ = 1 ÷ 2 · 10 ¹⁸ cm ^-3 ) (position No. 2 in Fig. 1) and three epitaxial layers: a wide-gap n-InAs _1-xy Sb _x P _y (0.05≤x≤0.09, 0.09≤y≤0.18) (3) active layer In _1-v adjacent to the substrate Ga _v As _1-w Sb _w (v≤0.07, w≤0.07) with pn junction (5) and wide-band emitter p- (Zn) -InAs _1-xy Sb _x P _y (0.05≤х≤0.09, 0.09≤y ≤0.18) (4). The thickness of the wide-gap layers was 3–4 μm, the active layer - 1 μm; the substrate (2), originally having a thickness of 350 μm, was thinned to a thickness of 100 μm by grinding on finely dispersed silicon carbide powder M5.

Подготовку поверхности для формирования омических контактов проводили путем последовательного окунания всей структуры на 1-2 с в кипящий раствор Н₂О₂+H₂SO₄ и в дистиллированную воду. Далее наносили фоточувствительный материал (фоторезист) и проводили экспонирование через маску с системой темных и светлых полей, в которой темные поля представляли собой квадраты со скругленными углами.Surface preparation for the formation of ohmic contacts was carried out by successively dipping the entire structure for 1-2 s in a boiling solution of H ₂ O ₂ + H ₂ SO ₄ and in distilled water. Then a photosensitive material (photoresist) was applied and exposure was carried out through a mask with a system of dark and bright fields, in which the dark fields were squares with rounded corners.

При этом отношение значений шагов (периодов следования) по двум ортогональным направлениям составляло около 2. После проявления и удаления части фоточувствительного материала через открывшиеся «окна» в фоторезисте производилось последовательное напыление в вакууме слоя Cr и металлической композиции содержащей атомы Cr, Au, Ni и примеси с геометрией, заданной формой и расположением «окон».In this case, the ratio of the values of steps (repetition periods) in two orthogonal directions was about 2. After developing and removing part of the photosensitive material through the opening “windows” in the photoresist, a vacuum layer of Cr and a metal composition containing Cr, Au, Ni atoms and impurities were sequentially sprayed with geometry, given the shape and location of the "windows".

Далее, используя методы взрывной фотолитографии, получали систему металлизированных контактных площадок (анодов) к p-слою и наносили следующий слой фоточувствительного материала (фоторезиста) и проводили экспонирование через маску с системой темных и светлых полей, в которой светлые поля представляли собой квадраты со скругленными углами, представлявшими собой увеличенную на 30% «копию» контактов, полученных на первом этапе. Местоположение светлых полей соответствовало местоположению анодов. После проявления и удаления части фоточувствительного материала производилось травление в смеси H₂SO₄: Н₂О₂ на глубину 10-15 мкм (до подложки InAs), что контролировалось с помощью профилометра. После удаления фоторезиста пластину разрезали на чипы, поверхность подложки которых укрепляли на сапфировой пластине. Анод соединяли с золотой проволокой диаметром 30 мкм (16) с помощью термокомпрессионной сварки, контакт к подложке (катод, 17) формировали пайкой индием золотой проволоки диаметром 30 мкм как показано на Фиг.1.Then, using the methods of explosive photolithography, we obtained a system of metallized contact pads (anodes) to the p-layer and applied the next layer of photosensitive material (photoresist) and exposed through a mask with a dark and light field system, in which the light fields were squares with rounded corners , representing a 30% increase in the “copy” of contacts received in the first stage. The location of the bright fields corresponded to the location of the anodes. After the development and removal of part of the photosensitive material, etching was carried out in a mixture of H ₂ SO ₄ : H ₂ O ₂ to a depth of 10-15 μm (to the InAs substrate), which was controlled using a profilometer. After removal of the photoresist, the plate was cut into chips, the substrate surface of which was fixed on a sapphire plate. The anode was connected to a gold wire with a diameter of 30 μm (16) using thermocompression welding, the contact to the substrate (cathode, 17) was formed by soldering indium gold wire with a diameter of 30 μm as shown in Fig. 1.

К проводникам (позиции 16, 17 на фиг.1) прикладывалось напряжение обратной полярности, после чего диод мог создавать отрицательный тепловой контраст. При протекании тока I = -2 мА изменение «эффективной температуры» согласно измерениям с помощью инфракрасного микроскопа, оборудованного тепловизором, составила Δt_rad = -1.5 K (λ = 3.6 мкм), что соответствует режиму излучения отрицательной люминесценции (ОЛ).A voltage of reverse polarity was applied to the conductors (positions 16, 17 in FIG. 1), after which the diode could create negative thermal contrast. When the current I = -2 mA flows, the change in the "effective temperature" according to measurements using an infrared microscope equipped with a thermal imager was Δt _rad = -1.5 K (λ = 3.6 μm), which corresponds to the mode of radiation of negative luminescence (OL).

Диод, изготовленный по известному способу не формировал поток ОЛ (т.е. для него Δt_rad >0) при аналогичных вышеприведенным условиям, что, вероятнее всего связано с Джоулевым разогревом контактов, минимизирующим радиационное охлаждение, связанное с экстракцией носителей из прилегающих к p-n переходу областей.A diode manufactured by the known method did not form an OL flux (i.e., Δt _rad > 0 for it) under the conditions described above, which is most likely due to the Joule heating of the contacts, which minimizes radiation cooling associated with the extraction of carriers from adjacent to the pn junction areas.

Пример 2. Структуры с активным слоем из нелегированного n-InAsSb (ширина запрещенной зоны E_g = 300 мэВ) толщиной 18 мкм, контактным широкозонным слоем из P-InAsSbP (E_g = 375 мэВ) толщиной 5 мкм, легированным Cd до концентрации р ~ 10¹⁷-10¹⁸ см^-3, выращивались методом жидкофазной эпитаксии на подложках n-InAs (n ~ 10¹⁷ см^-3) толщиной 350 мкм.Example 2. Structures with an active layer of undoped n-InAsSb (band gap E _g = 300 meV) 18 μm thick, a wide-area contact layer of P-InAsSbP (E _g = 375 meV) 5 μm thick, doped with Cd to a concentration of p ~ 10 ¹⁷ -10 ¹⁸ cm ^-3 , were grown by liquid-phase epitaxy on n-InAs substrates (n ~ 10 ¹⁷ cm ^-3 ) 350 microns thick.

Все операции по изготовлению контакта к P-InAsSbP и формированию мезы были аналогичны, приведенным в примере 1, однако, контакт к n-слою проводили после ионного травления поверхности n-InAs на глубину 0.1-0.3 мкм через квадратные окна в фоторезисте. После ионного травления проводили напыление слоя хрома толщиной 0.03 мкм и далее слоев Au, Ni, Au общей толщиной 2 мкм.All operations for making a contact with P-InAsSbP and forming a mesa were similar to those described in Example 1, however, contact to the n-layer was carried out after ion etching of the n-InAs surface to a depth of 0.1-0.3 μm through square windows in the photoresist. After ion etching, a chromium layer 0.03 μm thick was deposited and then Au, Ni, Au layers with a total thickness of 2 μm.

На следующем этапе следующий слой фоточувствительного материала (фоторезиста) наносили на эпитаксиальную поверхность и проводили экспонирование через маску с системой темных и светлых полей, формирующих сетку разделения. После травления в смеси HBr: Н₂О₂ разделительных полос со стороны p-(Zn)-InAs_1-x-ySb_xP_y формировалась прямоугольная сетка глубиной 40 мкм. Структура разрезалась алмазной пилой по прямоугольной сетке и трансформировалась в набор чипов с прямоугольной формой поверхности. Каждый из чипов имел размер 590×370 мкм с почти квадратной мезой, к которой вершины квадрата/края имели округления диаметром ~20 мкм. Омический контакт в форме квадрата располагался на мезе (т.е. на p-(Zn)-InAs_1-x-ySb_xP_y) симметрично относительно ее центра, второй контакт (к n-InAs) располагался сбоку от мезы и имел форму прямоугольника 130×170 мкм.At the next stage, the next layer of photosensitive material (photoresist) was applied onto the epitaxial surface and exposure was performed through a mask with a system of dark and light fields forming a separation grid. After etching in the HBr: Н ₂ О ₂ mixture of dividing bands, a rectangular network 40 μm deep was formed on the p- (Zn) -InAs _1-xy Sb _x P _y side. The structure was cut with a diamond saw on a rectangular grid and transformed into a set of chips with a rectangular surface shape. Each of the chips had a size of 590 × 370 μm with an almost square mesa to which the vertices of the square / edge had roundings with a diameter of ~ 20 μm. A square ohmic contact was located on the mesa (i.e., on p- (Zn) -InAs _1-xy Sb _x P _y ) symmetrically with respect to its center, the second contact (to n-InAs) was located on the side of the mesa and had the shape of a rectangle 130 × 170 μm.

К контактным площадкам припаивались индием проводники (позиции 16, 17 на Фиг.1), после чего на диод подавалось прямое смещение (U = 0.1 В). В результате диод излучал на длине волны 4.2 мкм (300 К), при этом мощность излучения была на 10-15% выше, чем мощность аналогичного известного диода, т.е. диода с тем же размером мезы и анода, но с иной последовательностью металлических слоев анода.The conductors were soldered to the contact pads by indium (positions 16, 17 in FIG. 1), after which a direct bias was applied to the diode (U = 0.1 V). As a result, the diode emitted at a wavelength of 4.2 μm (300 K), while the radiation power was 10-15% higher than the power of a similar known diode, i.e. a diode with the same size of the mesa and anode, but with a different sequence of metal layers of the anode.

Пример 3. Диод получали так, как описано в примере 2, однако подготовку поверхности для формирования омических контактов к слою p-типа проводимости проводили мокрым химическим травлением смесями, указанными в п.2 Таблицы 1Example 3. The diode was obtained as described in example 2, however, the surface preparation for the formation of ohmic contacts to the p-type conductivity layer was carried out by wet chemical etching with the mixtures specified in clause 2 of Table 1

Характеристики диодов были близки к тем, что были получены в примере 2. При выходе составов травителя за установленные нами пределы имели место нежелательные изменения, отмеченные в таблице и не позволяющие получать заданные свойства диодов.The characteristics of the diodes were close to those obtained in Example 2. When the etchant compositions exceeded the limits established by us, there were undesirable changes noted in the table and not allowing obtaining the desired properties of the diodes.

Пример 4. Операции выращивания структуры, подготовки поверхности, создание контактов и формирование мезы проводили так же, как и в примере 3, однако после завершения мокрого травления в четырехкомпонентной смеси осуществляли дополнительное мокрое химическое травление поверхности полупроводника p-типа проводимости в плавиковой кислоте с концентрацией 14-144 г/л в течение 30 с. При этом величина последовательного сопротивления была на 5% меньше, чем в примере 3.Example 4. The operations of growing the structure, preparing the surface, creating contacts and forming a mesa were carried out in the same way as in example 3, however, after wet etching was completed in a four-component mixture, additional wet chemical etching of the surface of the p-type semiconductor in hydrofluoric acid with a concentration of 14 was carried out -144 g / l for 30 s. Moreover, the value of the series resistance was 5% less than in example 3.

Пример 5. Полученный в примере 4 ФД состыковывался с помощью тонкого слоя из халькогенидного стекла (n=2.4) с кремниевой линзой (n=3.5) диаметром 3.5 мм, имеющей форму "aplanatic hyperhenisphere", как описано в [15]. При этом мощность излучения в светодиодном режиме по сравнению с диодом без линзы возрастала в 3-5 раз, а обнаружительная способность в максимуме спектральной кривой $(D_{λ}^{*})$

- в ~10 раз. Известный диод не имел возможности стыковки с иммерсионной оптикой из-за наличия в нем верхнего контакта с припаянной (приваренной) к нему проволокой.Example 5. The PD obtained in Example 4 was docked using a thin layer of chalcogenide glass (n = 2.4) with a silicon lens (n = 3.5) with a diameter of 3.5 mm, which had the form of aplanatic hyperhenisphere, as described in [15]. In this case, the radiation power in the LED mode compared to a diode without a lens increased by 3-5 times, and the detection ability at the maximum of the spectral curve

(D_{λ}^{*})

- ~ 10 times. The known diode was not able to dock with immersion optics due to the presence in it of the upper contact with the wire soldered (welded) to it.

Пример 6. Изготовление фотодиода было осуществлено с использованием стандартных процессов получения градиентных структур InAsSbP на подложке n-InAs методом ЖФЭ. Образцы были аналогичны описанным нами ранее [²²] и имели плавное изменение состава по толщине градиентных слоев InAsSbP. Структура включала в себя р- область из InAsSb толщиной ~5 мкм, n-область из InAsSb и InAsSbP с суммарной толщиной 60 мкм, разделенные p-n переходом p-InAsSbP/n-InAs, активную область из InAsSb, электрически связанную с p-n переходом.Example 6. The manufacture of the photodiode was carried out using standard processes for the preparation of InAsSbP gradient structures on an n-InAs substrate using the LPE method. The samples were similar to those described previously [ ²² ] and had a smooth change in composition over the thickness of the InAsSbP gradient layers. The structure included a p-region from InAsSb ~ 5 μm thick, an n-region from InAsSb and InAsSbP with a total thickness of 60 μm, separated by a pn junction of the p-InAsSbP / n-InAs, an active region from InAsSb electrically coupled to the pn junction.

Процессы фотолитографии, подготовки поверхности, формирования контактов были осуществлены так же, как описано в Примере 4. При этом контакт к поверхности с электронным типом проводимости (к подложке) создавался без применения масок из фоторезиста и был сплошным. Меза (активная область p-n перехода) имела форму квадрата со стороной 450 мкм, а для формирования контакта на принимающей фотоны поверхности использовались фотошаблоны, содержащие светлые и темные поля, образующие соединенные вместе повторяющиеся прямоугольные элементы, образующие «гребенку» из 3 полосок шириной 10 мкм, расположенных параллельно друг другу и электрически соединенных вместе прямоугольным элементом. В правой части Фиг.2 показано ИК изображение (λ=3 мкм) смонтированного на корпусе ТО-18 чипа в состоянии термодинамического равновесия. Контакт имел периметр P_cont = 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 (D_cont = 50 мкм), расположенным в центре аналогичной квадратной мезы (см. левую часть Фиг.2). Оба ФД были смонтированы на корпус ТО-18, при этом фоточувствительность ФД с точечным контактом была в 5 раз ниже, чем у ФД с «Ш»-образным контактом, полученным по заявляемому способу.The processes of photolithography, surface preparation, and the formation of contacts were carried out as described in Example 4. In this case, contact to a surface with an electronic type of conductivity (to a substrate) was created without the use of masks from photoresist and was continuous. The mesa (active region of the pn junction) had the shape of a square with a side of 450 μm, and photo masks containing light and dark fields that formed together repeating rectangular elements forming a “comb” of 3 strips 10 μm wide were used to form a contact on the photon-receiving surface, located parallel to each other and electrically connected together by a rectangular element. In the right part of Figure 2 shows an IR image (λ = 3 μm) mounted on the housing of the TO-18 chip in a state of thermodynamic equilibrium. The contact had a perimeter P _cont = 1800 μm, the value of which was inside the optimal from our point of view interval 275 ... 2275 μm, obtained by calculation using the proposed relations. For comparison, a PD was made with a point contact (D _cont = 50 μm) located in the center of a similar square mesa (see the left part of Figure 2). Both PDs were mounted on the TO-18 housing, while the photosensitivity of the PD with the point contact was 5 times lower than that of the PD with the "Ш" -shaped contact obtained by the claimed method.

Пример 8. Диод изготавливали как описано в Примере 1, однако процесс напыления первого слоя Cr прекратили при достижении им толщины 0.2 мкм. При испытаниях на прочность было установлено, что в полученных диодах вероятность отрыва контакта от полупроводника составляла 4%, в то время как вероятность отрыва контакта от диодов в первом примере составляла 10%.Example 8. The diode was made as described in Example 1, however, the sputtering process of the first Cr layer was stopped when it reached a thickness of 0.2 μm. In tests for strength, it was found that in the obtained diodes, the probability of contact detachment from the semiconductor was 4%, while the probability of contact detachment from diodes in the first example was 10%.

Пример 9. Диод изготавливали так же, как в Примере 4, однако после завершения процесса напыления слоя Cr инициировали процесс напыления Au, который останавливали при его суммарной толщине от 0.15 мкм. После этого инициировали процесс напыления Ni, который останавливали при его суммарной толщине от 0.2 мкм. Далее инициировали процесс напыления Au, который останавливали при его суммарной толщине от 0.17 мкм. По окончании процессов напыления осуществляли селективное электрохимическое осаждение Au, при токе I_K = 0.03 мА/мм², которое останавливали при его суммарной толщине 3 мкм. На Фиг.3 приведены фотографии полученных структур с указанием масштаба.Example 9. The diode was made in the same way as in Example 4, however, after the deposition process of the Cr layer was completed, the Au deposition process was initiated, which was stopped at its total thickness of 0.15 μm. After that, the Ni deposition process was initiated, which was stopped at its total thickness of 0.2 μm. Then, the Au deposition process was initiated, which was stopped at its total thickness of 0.17 μm. At the end of the deposition processes, selective electrochemical deposition of Au was carried out at a current I _K = 0.03 mA / mm ² , which was stopped at its total thickness of 3 μm. Figure 3 shows photographs of the obtained structures indicating the scale.

Полученные чипы припаивали на монтажные платы из полуизолирующего кремния с разноуровневыми контактными площадками. Надежность контактов в таких диодах была несоизмерима выше, чем в известном способе, а обнаружительная способность по крайней мере в два раза превосходила опубликованные для известного способа значения.The resulting chips were soldered to circuit boards made of semi-insulating silicon with multilevel pads. The reliability of the contacts in such diodes was incommensurably higher than in the known method, and the detection ability was at least two times higher than the values published for the known method.

На свободную поверхность чипа наносилась линза из халькогенидного стекла, имевшая диаметр ~1 мм и форму, близкую к сфере Веерштрасса (см. Фиг.4, на котором размер ячеек сетки соответствует 0.5×0.5 мм). При этом выходная мощность при использовании прямого смещения возрастала в 3-4 раза за счет иммерсии. Диод, изготовленный по известному способу, не мог быть использован для изготовления такой линзы из-за наличия проволоки.A chalcogenide glass lens was applied onto the free surface of the chip, having a diameter of ~ 1 mm and a shape close to the Weierstrass sphere (see Figure 4, in which the mesh cell size corresponds to 0.5 × 0.5 mm). In this case, the output power when using forward bias increased by 3-4 times due to immersion. A diode made by a known method could not be used to manufacture such a lens due to the presence of wire.

Пример 10.Example 10

Диоды изготавливались также, как описано в примере 9. Главное отличие способа в примере 10 от всех предыдущих состояло в том, что в процессе напыления вторых от полупроводника слоев использовались легирующие добавки, т.е. вторые слои металла были изготовлены из сплавов Au+Zn (к и Au+Те, т.е. контакты имели состав Cr-Au_1-wZn_w-Ni-Au (w=0.05) и Cr-Au_1-vGe_v-Ni-Au (v=0.07), а основная часть катода располагалась на одном уровне с анодом, как показано в левой части Фиг.5. Полученные чипы (см. правую часть Фиг.5) паялись на кремниевые платы по методу флип-чип и после разводки проводов от платы соединялись с иммерсионной линзой. Величина последовательного сопротивления в таких иодах была на 5% меньше, чем в примере 9.Diodes were also made as described in example 9. The main difference between the method in example 10 and all previous ones was that in the process of deposition of the second layers from the semiconductor, dopants were used, i.e. the second metal layers were made of alloys Au + Zn (k and Au + Te, i.e., the contacts had the composition Cr-Au _1-w Zn _w -Ni-Au (w = 0.05) and Cr-Au _1-v Ge _v -Ni-Au (v = 0.07), and the main part of the cathode was located at the same level with the anode, as shown in the left part of Figure 5. The resulting chips (see the right side of Figure 5) were soldered onto silicon boards using the flip chip method and after wiring the wires from the board were connected to an immersion lens.The value of the series resistance in such iodines was 5% less than in example 9.

Пример 11. Образцы изготавливались из гетероструктур, состоящих из широкозонного контактного слоя p-InAsSbP (2 мкм, E_g(300 K) ~420 мэВ) и активной области из n-InGaAsSb (5 мкм), полученных методом ЖФЭ на прозрачной для излучения λ=3.7 мкм подложке n⁺-InAs (n⁺ ~10¹⁸ см^-3) толщиной 350 мкм. Для изготовления диодов использовали процессы и структуры, описанные в примере 9, при этом изготовление мезы структуры (ограничение активной области) проводили в травителе, состав которого обозначен во второй строке Таблицы 2, а электрохимическое осаждение Au проводили при плотности тока I_K = 0.05 мА/мм². Конструкция чипов включала омические контакты (анод и катод), сформированные на эпитаксиальной стороне структуры, и была в целом аналогична описанным нами выше и отличалась лишь формой и количеством мез (4-е квадратные близкорасположенные мезы 130×130 мкм вместо одной круглой или квадратной), и увеличенным размером катода, который в данном случае имел вид «подковы». На Фиг.6 приведена фотография эпитаксиальной (контактной) поверхности линейки и схема, поясняющая конструкцию линейки диодов.Example 11. Samples were made from heterostructures consisting of a wide-gap p-InAsSbP contact layer (2 μm, E _g (300 K) ~ 420 meV) and an active region of n-InGaAsSb (5 μm) obtained by the HPE method on λ transparent to radiation = 3.7 μm to an n ⁺ -InAs substrate (n ⁺ ~ 10 ¹⁸ cm ^-3 ) 350 μm thick. For the manufacture of diodes, the processes and structures described in Example 9 were used, while the fabrication of mesa structures (limitation of the active region) was carried out in an etchant, the composition of which is indicated in the second row of Table 2, and the electrochemical deposition of Au was carried out at a current density of I _K = 0.05 mA / mm ² . The chip design included ohmic contacts (anode and cathode) formed on the epitaxial side of the structure, and was generally similar to the ones described above and differed only in shape and number of mesas (4th square mesas close 130 × 130 microns instead of one round or square), and the increased size of the cathode, which in this case had the form of a “horseshoe”. Figure 6 shows a photograph of the epitaxial (contact) surface of the line and a diagram explaining the design of the line of diodes.

Монтажная плата из полуизолирующего кремния с локальными «шинами» из припоя позволяла осуществлять сборку линеек по методу флип-чип и обеспечивать при этом индивидуальное подключение анодов/элементов (А1-А4 на правой части Фиг.6) к источнику(ам) питания; катод был общим для всех элементов. Анодные (размером 100×100 мкм) и катодный (С) контакты, «усиленные» при гальваническом осаждении золота с суммарной толщиной 3 мкм, специально не вжигались.A mounting plate made of semi-insulating silicon with local "buses" made of solder made it possible to assemble the rulers according to the flip chip method and at the same time provide an individual connection of the anodes / elements (A1-A4 on the right side of Figure 6) to the power supply (s); The cathode was common to all elements. Anodic (100 × 100 μm in size) and cathodic (C) contacts, “strengthened” during the galvanic deposition of gold with a total thickness of 3 μm, were not specially burned.

Перед разделением на чипы подложка утонялась на 150 мкм при травлении в смеси состава, обозначенного во второй строке Таблицы 3.Before separation into chips, the substrate was thinned by 150 μm when etched in a mixture of the composition indicated in the second row of Table 3.

Полученная линейка достаточно однородна по свойствам, что ее выгодно отличает от многих аналогов, например, описанных в [²³], для которых разброс мощности излучения элементов достигал ±30%. Коэффициент преобразования уменьшается с 0.133 мВт/А на линейном участке L-I характеристики до 0.035 мВт/А при токе 1А.The resulting line is fairly homogeneous in properties, which compares favorably with many analogues, for example, those described in [ ²³ ], for which the spread in the radiation power of the elements reached ± 30%. The conversion coefficient decreases from 0.133 mW / A in the linear section of the LI characteristic to 0.035 mW / A at a current of 1A.

Созданые светодиодные линейки на основе гетерострутур с размером активной слоем из обогащенного арсенидом индия твердого раствора InGaAsSb 130×130 мкм² обладали низкими обратными токами j_sat = 230 мА/см², низким последовательным сопротивлением R_s = 0.53 Ом и способностью имитировать нагретое до 835 K тело в спектральной области 3.7 мкм. Высокая однородность электрических свойств элементов в сочетании с однородностью излучательных характеристик и отсутствием взаимного влияния элементов позволяет сделать вывод о высоком качестве полученных контактов и диодов в целом.The created LED arrays based on heterostructures with an active layer size of InGaAsSb 130 × 130 μm ² solid solution enriched with indium arsenide had low reverse currents j _sat = 230 mA / cm ² , low series resistance R _s = 0.53 Ohm and the ability to simulate heated up to 835 K body in the spectral region of 3.7 μm. The high homogeneity of the electrical properties of the elements, combined with the uniformity of the emitting characteristics and the absence of mutual influence of the elements, allows us to conclude that the contacts and diodes in general are of high quality.

ЛИТЕРАТУРАLITERATURE

¹ А.А.Кузнецов, О.Б.Балашов, Е.В.Васильев, С.А.Логинов, А.И.Луговской, Е.Я.Черняк, «Дистанционный инфракрасный детектор углеводородных газов», Приборы и системы. Управление контроль, диагностика. 2003. №6, стр.55-59 ¹ A.A. Kuznetsov, O. B. Balashov, E. V. Vasiliev, S. A. Loginov, A. I. Lugovskoy, E. Ya. Chernyak, “Remote infrared hydrocarbon gas detector”, Devices and systems. Management control, diagnostics. 2003. No. 6, pp. 55-59

² А.В.Сукач, В.В.Тетеркин, Н.В.Зотова, С.А.Карандашев, Б.А.Матвеев, М.А.Ременный, Н.М.Стусь, Г.Н.Талалакин "Неохлаждаемые фотодиоды p⁺-InAsSbP/n-InAs для использования в оптоэлектронных сенсорах метана", Оптоэлектроника и полупроводниковая техника, 2002, вып.37, стр.215-219 ² A.V. Sukach, V.V. Teterkin, N.V. Zotova, S.A. Karandashev, B.A. Matveev, M.A. Remenny, N.M. Stus, G.N. Talalakin "Uncooled p ⁺ -InAsSbP / n-InAs photodiodes for use in optoelectronic methane sensors ", Optoelectronics and Semiconductor Technology, 2002, issue 37, pp. 215-219

³ S. Jung, S. Suchalkin, D. Westerfeld, G. Kipshidze, E. Golden, D. Snyder and G. Belenky "High dimensional addressable LED arrays based on type I GaInAsSb quantum wells with quinternary AIGaInAsSb barriers", Semicond. Sci. Technol. 26 (2011) 085022 (6pp) ³ S. Jung, S. Suchalkin, D. Westerfeld, G. Kipshidze, E. Golden, D. Snyder and G. Belenky "High dimensional addressable LED arrays based on type I GaInAsSb quantum wells with quinternary AIGaInAsSb barriers", Semicond. Sci. Technol. 26 (2011) 085022 (6pp)

⁴ X.Y.Gong, H.Kan, T.Makino, K.Watanabe, T.Iida, H.Suzuki, M.Aoyama, T.Yamaguchi, "Light emitting diodes fabricated from liquid phase epitaxial InAs/InAS_xP_1-x-ySb_x/InAS_xP_1-x-ySb_x and InAs/InAs_1-xSb_x multi-layers", Cryst.Res.Technol., 35, 549-555 (2000). ⁴ XYGong, H. Kan, T. Makino, K. Watanabe, T. Iida, H. Suzuki, M. Aoyama, T. Yamaguchi, "Light emitting diodes fabricated from liquid phase epitaxial InAs / InAS _x P _1-xy Sb _x / InAS _x P _1-xy Sb _x and InAs / InAs _1-x Sb _x multi-layers ", Cryst.Res.Technol., 35, 549-555 (2000).

⁵ H.H. Gao, A. Krier, V. Sherstnev, and Y. Yakovlev, "InAsSb/InAsSbP light emitting diodes for the detection of CO and CO₂ at room temperature", J.Phys. D: Appl. Phys., 32, 1768-1772 (1999). ⁵ HH Gao, A. Krier, V. Sherstnev, and Y. Yakovlev, "InAsSb / InAsSbP light emitting diodes for the detection of CO and CO ₂ at room temperature", J.Phys. D: Appl. Phys., 32, 1768-1772 (1999).

⁶ A.Krier, V.V.Sherstnev, H.H.Gao, "A novel LED module fort he detection of H2S at 3.8 µm", J.Phys. D: Appl. Phys., 33, 1656-1661 (2000). ⁶ A.Krier, VVSherstnev, HHGao, "A novel LED module fort he detection of H2S at 3.8 μm", J.Phys. D: Appl. Phys., 33, 1656-1661 (2000).

⁷ Y.Iwamura, N.Watanabe, "InAs Planar Diode Fabricated by Zn Diffusion", Jpn. J. Appl. Phys., 39 (2000), 5740-5745 ⁷ Y. Iwamura, N. Watanabe, "InAs Planar Diode Fabricated by Zn Diffusion", Jpn. J. Appl. Phys., 39 (2000), 5740-5745

⁸ A.Krier, H.Gao, V.Sherstnev, Y.Yakovlev, "High power 4.6 µm LEDs for CO detection», J. Phys. D. Appl. Phys. 32 (1999) 1-5 ⁸ A. Krier, H. Gao, V. Sherstnev, Y. Yakovlev, "High power 4.6 μm LEDs for CO detection", J. Phys. D. Appl. Phys. 32 (1999) 1-5

⁹ В.В.Шерстнев, Д.А.Старостенко, И.А.Андреев, Г.Г.Коновалов, Н.Д.Ильинская, О.Ю.Серебренникова, Ю.П.Яковлев. «Фотодиоды с расширенным спектральным диапазоном 1.5-4.8 мкм на основе гетероструктур InAs/InAsSb_0.12/InAsSbP, Письма ЖТФ, 2011, т 37, в.1, 11-17. ⁹ V.V.Sherstnev, D.A. Starostenko, I.A. Andreev, G.G. Konovalov, N.D. Ilyinskaya, O.Yu.Serebrennikova, Yu.P. Yakovlev. “Photodiodes with an extended spectral range of 1.5–4.8 μm based on InAs / InAsSb _0.12 / InAsSbP heterostructures, ZhTF Letters, 2011, vol. 37, v. 1, 11-17.

¹⁰ Yu.P.Yakovlev, A.N.Baranov, A.N Imenkov, V.V.Sherstnev and M.P.Mikhailova «Optoelectronic LED-photodiode Pairs for Moisture and Gas sensors in the spectral range 1.8-4.8 µm», Proc. SPIE, v.1510, 1991, p.128. ¹⁰ Yu.P. Yakovlev, AN Baranov, AN Imenkov, VV Sherstnev and MP Mikhailov “Optoelectronic LED-photodiode Pairs for Moisture and Gas sensors in the spectral range 1.8-4.8 µm”, Proc. SPIE, v. 1510, 1991, p. 128.

¹¹ Н.Д.Стоянов, Б.Е.Журтанов, А.П.Астахова, А.Н.Именков, Ю.П.Яковлев, «Высокоэффективные светодиоды спектрального диапазона 1.6-2.4 мкм для медицинской диагностики и экологического мониторинга», ФТП, 2003, том 37, выпуск 8 стр.996-1008 ¹¹ N.D. Stoyanov, B.E. Zhurtanov, A.P. Astakhova, A.N. Imenkov, Yu.P. Yakovlev, "Highly efficient LEDs of the spectral range 1.6-2.4 μm for medical diagnostics and environmental monitoring", FTP, 2003, Volume 37, Issue 8 pp. 996-1008

¹² Шерстнев В.В., Старостенко Д., Андреев И.А., Коновалов Г.Г., Ильинская Н.Д., Серебренникова О.Ю., Яковлев Ю.П., "Фотодиоды на основе гетероструктур InAs/InAs_0.88Sb_0.12/InAsSbP для спектрального диапазона 2.5-4.9 µm", ПЖТФ, 2011, том 37, выпуск 1, стр.11-17 ¹² Sherstnev V.V., Starostenko D., Andreev I.A., Konovalov G.G., Ilyinskaya N.D., Serebrennikova O.Yu., Yakovlev Yu.P., "Photodiodes based on InAs / InAs _0.88 heterostructures Sb _0.12 / InAsSbP for the spectral range 2.5-4.9 μm ", PZhTF, 2011, Volume 37, Issue 1, pp. 11-17

¹³ Н.В.Зотова, Н.Д.Ильинская, С.А.Карандашев, Б.А.Матвеев, М.А.Ременный, Н.М.Стусь, «Источники спонтанного излучения на основе арсенида индия (обзор)», ФТП, 42, №6, 641-657, (2008). ¹³ N.V. Zotova, N.D. Ilyinskaya, S. A. Karandashev, B. A. Matveev, M. A. Remenny, N. M. Stus, “Sources of spontaneous emission based on indium arsenide (review)”, FTP, 42, No. 6, 641-657, (2008).

¹⁴ Camras; Michael D., Krames; Michael R., Snyder; Wayne L., Steranka; Frank M., Taber; Robert C., Uebbing; John J., Pocius; Douglas W., Trottier; Troy A., Lowery; Christopher H., Mueller; Gerd O., Mueller-Mach; Regina B. US patent # 7,053,419, filed September 12, 2000 ¹⁴ Camras; Michael D., Krames; Michael R., Snyder; Wayne L., Steranka; Frank M., Taber; Robert C., Uebbing; John J., Pocius; Douglas W., Trottier; Troy A., Lowery; Christopher H., Mueller; Gerd O., Mueller-Mach; Regina B. US patent # 7,053,419, filed September 12, 2000

¹⁵ Карандашев С.А., Матвеев Б.А., Ременный М.А., Шленский А.А., Лунин Л.С., Ратушный В.И., КорюкА.В., Тараканова Н.Г «Свойства «иммерсионных» фотодиодов (λ=1.8-2.3 мкм) на основе GaInAsSb/GaSb в интервале температур 20-140°С» ФТП, 2007, том 41, выпуск 11, 1389-1394 ¹⁵ Karandashev S.A., Matveev B.A., Remenny M.A., Shlensky A.A., Lunin L.S., Ratushny V.I., Koryuk A.V., Tarakanova N.G. “Properties“ immersion "Photodiodes (λ = 1.8-2.3 μm) based on GaInAsSb / GaSb in the temperature range 20-140 ° С" FTP, 2007, Volume 41, Issue 11, 1389-1394

¹⁶ M.A.Remennyy; B.A.Matveev; N.V.Zotova; S.A.Karandashev; N.M.Stus; N.D.Il′inskaya, "InAs and InAs(Sb)(P) (3-5 µm) immersion lens photodiodes for portable optic sensors", SPIE Proceedings Vol.6585 (Optical Sensing Technology and Applications), Editor(s): Francesco Baldini; Jiri Homola; Robert A. Lieberman; Miroslav Miler, Date: 1 May 2007, ISBN: 9780819467133, 658504, DOI: 10.1117/12. 722847 ¹⁶ MARemennyy; BAMatveev; NVZotova; SAKarandashev; NMStus; NDIl′inskaya, "InAs and InAs (Sb) (P) (3-5 µm) immersion lens photodiodes for portable optic sensors", SPIE Proceedings Vol. 6585 (Optical Sensing Technology and Applications), Editor (s): Francesco Baldini; Jiri Homola; Robert A. Lieberman; Miroslav Miler, Date: 1 May 2007, ISBN: 9780819467133, 658504, DOI: 10.1117 / 12. 722847

¹⁷ Шуберт Ф., «Светодиоды», пер. с англ. под ред. А.Э.Юновича, с.496 (Москва, «ФИЗМАТЛИТ» 2008). ¹⁷ Schubert F., "LEDs", trans. from English under the editorship of A.E. Yunovich, p. 496 (Moscow, FIZMATLIT 2008).

¹⁸ V.К.Malyutenko, A.V.Zinovchuk, О.Yu.Malyutenko. Semicond. Sci. Technol. 23 (2008) 085004. ¹⁸ V.K. Malyutenko, AVZinovchuk, O. Yu. Malyutenko. Semicond. Sci. Technol. 23 (2008) 085004.

¹⁹ B.A.Matveev, A.V.Ankudinov, N.V.Zotova, S.A.Karandashev, T.V.L′vova, М.А.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- ¹⁹ BAMatveev, AVAnkudinov, NVZotova, SAKarandashev, TVL′vova, M.A. Remennyy, 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-

²⁰ Зотова Н.В., Карандашев С.А., Матвеев Б.А., Ременный М.А., 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 ²⁰ Zotova N.V., Karandashev S.A., Matveev B.A., Remenny M.A., Rybalchenko A.Yu., Stus N.M., “Spatial unevenness of current flow and its consideration in determining the characteristics of surface irradiated Photodiodes Based on InAsSbP / InAs ”, FTP, 2011, Volume 45, Issue 4, 554-559

²¹ Закгейм А.Л., Ильинская Н.Д., Карандашев С.А., Матвеев Б.А., Ременный М.А., Черняков А.Е., Шленский А.А. "Распределение излучения в светодиодах на основе GaInAsSb/GaSb", ФТП, том 43, выпуск 5, 689-694 (2009) ²¹ Zakheim A.L., Ilyinskaya N.D., Karandashev S.A., Matveev B.A., Remenny M.A., Chernyakov A.E., Shlensky A.A. "Distribution of radiation in GaInAsSb / GaSb-based LEDs", FTP, Volume 43, Issue 5, 689-694 (2009)

²² 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. ²² 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.

²³ Ю.Ю.Билинец, В.Г.Кондратьева, А.А.Качур, О.М.Штец, «Многоэлементные излучающие линейки для средней инфракрасной области спектра», Электронная Техника, вып.1 (204), 91-94 (1990) ²³ Yu.Yu. Bilinets, V.G. Kondratyeva, A.A. Kachur, O.M.Shtets, “Multi-element emitting rulers for the middle infrared region of the spectrum”, Electronic Engineering, issue 1 (204), 91-94 ( 1990)

Claims

1. A method of manufacturing diodes of the mid-wave IR range, including the manufacture of a multilayer epitaxial heterostructure containing a substrate of semiconductor material A ³ B ⁵ and separated by a pn junction of the p- and n-region, at least one of which is made of a semiconductor material with a total content atoms of indium and arsenic is not less than 40% and is optically active in the working wavelength range, preparing the surface for the formation of ohmic contacts, applying a photosensitive series, exposure through a mask with a system of dark and bright fields, manifestation, removal of at least part of the photosensitive material, epitaxial structure and substrate, vacuum deposition of a metal composition of a given geometry containing Cr, Au, Ni atoms and impurities, at least one mesa structure, characterized in that the deposition process of the metal composition begins with the deposition of a Cr layer.

2. The method according to claim 1, characterized in that both ohmic contacts are sequentially sprayed on surfaces located on the epitaxial part of the heterostructure.

3. The method according to claim 1, characterized in that the surface preparation for the formation of ohmic contacts to the n-type conductivity layers is carried out by ion etching to a depth of 0.1-0.3 microns.

4. The method according to claim 1, characterized in that the surface preparation for the formation of ohmic contacts to the p-type conductivity layers is carried out by wet chemical etching to a depth of 0.2-0.4 μm in an aqueous solution of the composition:
KBrO ₃ 8.6-17.2 g / l H ₃ PO ₄ 1074-1253 g / l CH ₃ POP ₃ 0.01-0.1 g / l

5. The method according to claim 4, characterized in that after wet etching in the three-component mixture is completed, additional wet chemical etching of the surface of the p-type semiconductor is carried out in hydrofluoric acid with a concentration of 14-144 g / l for 20-90 s.

6. The method according to claim 1, characterized in that the process of sputtering the contact to the n-region is carried out after completion of sputtering of the contact to the p-region of the heterostructure and etching of the mesa structure.

7. The method according to claim 1, characterized in that the formation of the mesa structure containing the active layer is carried out in an aqueous solution of the composition:
HBr 358-680 g / l H ₂ O ₂ 16-166 g / l

to a depth of H _m selected from the interval:

8. The method according to claim 1, characterized in that after completion of the creation of contact to the n-region, etching of the separating mesas is carried out.

9. The method according to claim 8, characterized in that the etching of the separation meshes is carried out to a depth of 20-60 microns in an aqueous solution of the composition:
HBr 358-680 g / l H ₂ O ₂ 16-166 g / l

10. The method according to claim 1, characterized in that in the manufacture of the contact to the optically active region, a mask with a dark and light field system is used, in which the ratio between the perimeter of the dark and light field boundary and the perimeter of the optically active region is selected from the interval:

,
where P _pn , S _pn is the perimeter and area of the optically active region, respectively, P _cont is the perimeter of the boundary between the dark and bright fields, L _spr is the current spreading length,

11. The method according to claim 1, characterized in that the Cr deposition process is stopped when it reaches a total thickness in the range from 0.01 to 0.7 μm.

12. The method according to claim 1, characterized in that after completion of the deposition process of the Cr layer, an Au deposition process is initiated, which is stopped at its total thickness of 0.1 to 0.6 μm.

13. The method according to claim 1, characterized in that after completion of the deposition process of the Cr layer on a surface with an electronic type of conductivity, a deposition process of an Au alloy with a donor impurity is initiated, which is stopped at a total thickness of 0.1 to 0.6 μm.

14. The method according to claim 1, characterized in that after the deposition process of the Cr layer on the surface with a hole type of conductivity is initiated, the deposition process of an Au alloy with an acceptor impurity is initiated, which is stopped at a total thickness of 0.1 to 0.6 μm.

15. The method according to any one of paragraphs.12-14, characterized in that after completion of the deposition process of Au atoms, a deposition process of Ni is initiated, which is stopped at a total thickness of 0.01 to 0.5 microns.

16. The method according to p. 15, characterized in that after completion of the deposition process of the Ni layer initiate the deposition process Au.

17. The method according to clause 16, characterized in that the process of deposition of Au is stopped with its total thickness from 0.1 to 1 μm.

18. The method according to any one of claims 11-14, 16, 17, characterized in that after the completion of the deposition processes, selective electrochemical deposition of Au is carried out, which is stopped at a total thickness of 1-6 μm.

19. The method according to p. 18, characterized in that the electrochemical deposition of Au is carried out at a current density of I _K = 0.02-0.08 mA / mm ² .

20. The method according to claim 1, characterized in that the removal of part of the substrate from the side opposite to the epitaxial, at least in the region adjacent to the active region, is carried out to a depth of 50-450 μm in an aqueous solution of the composition
Hcl 17-71 g / l HNO ₃ 128-512 g / l H ₂ O ₂ 122-306 g / l