RU2647979C1 - Способ изготовления диодов средневолнового ик диапазона спектра - Google Patents
Способ изготовления диодов средневолнового ик диапазона спектра Download PDFInfo
- Publication number
- RU2647979C1 RU2647979C1 RU2016145096A RU2016145096A RU2647979C1 RU 2647979 C1 RU2647979 C1 RU 2647979C1 RU 2016145096 A RU2016145096 A RU 2016145096A RU 2016145096 A RU2016145096 A RU 2016145096A RU 2647979 C1 RU2647979 C1 RU 2647979C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- substrate
- inas
- layers
- photosensitive material
- formation
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 30
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 title 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 54
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 24
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 17
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 16
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 13
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 9
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 9
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 4
- 229910000673 Indium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 37
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical compound [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 16
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 13
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 16
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 5
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 3
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 abstract 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 16
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 5
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 5
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 4
- 229910005542 GaSb Inorganic materials 0.000 description 3
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 3
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 3
- 206010012601 diabetes mellitus Diseases 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 3
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 3
- 238000006862 quantum yield reaction Methods 0.000 description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000004943 liquid phase epitaxy Methods 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 229910001020 Au alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017401 Au—Ge Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000500474 Grapevine virus D Species 0.000 description 1
- 206010027406 Mesothelioma Diseases 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical class O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 206010034972 Photosensitivity reaction Diseases 0.000 description 1
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000003776 cleavage reaction Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 1
- 238000000295 emission spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 150000002902 organometallic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003209 petroleum derivative Substances 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 230000036211 photosensitivity Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 1
- 230000007017 scission Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/184—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP
- H01L31/1844—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP comprising ternary or quaternary compounds, e.g. Ga Al As, In Ga As P
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Led Devices (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
- Weting (AREA)
Abstract
Изобретение относится к оптоэлектронной технике. Способ изготовления диодов средневолнового ИК диапазона спектра включает выращивание на подложке из арсенида индия твердого раствора InAs1-x-ySbxPy и разделенные р-n-переходом слои p- и n-типа проводимости, нанесение на поверхность гетероструктуры фоточувствительного материала, экспонирование через маску с системой темных и светлых полей, проявление, удаление по крайней мере части фоточувствительного материала, подложки и эпитаксиальной структуры при формировании мез(ы), подготовку поверхности для формирования омических контактов, напыление на поверхность слоев и/или подложки металлических композиций заданной геометрии, при этом согласно изобретению способ включает финальную стадию процесса удаления подложки или ее части при химическом травлении в водном растворе соляной кислоты. Изобретение обеспечивает увеличение эффективности работы диода средневолнового ИК диапазона спектра за счет улучшения условий для вывода/ввода излучения из полупроводникового кристалла. 9 ил., 4 пр.
Description
Изобретение относится к оптоэлектронной технике, а именно к полупроводниковым приборам, предназначенным для детектирования и генерирования инфракрасного (ИК) излучения при комнатной или иной рабочей температуре. Имеется обширная область оптического приборостроения, где средневолновые источники и приемники излучения, например, имеющие рабочую полосу 3,4 мкм, могут оказаться незаменимыми для целого класса 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.
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 р-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 C4H4KNaO6:HCl: H2O2:H2O и C6H8O7:H2O2 и разделительных канавок, утонение подложки, разделение гетероструктуры на чипы и монтаж чипов в корпус с токоподводящими элементами [1]. Предложенный в [1] способ позволил получить светодиоды (СД), яркостная температура которых при токе 0,6 А на длине волны 3,66 мкм составляла 825 и 1350 К при Т=300 K и Т=100 K соответственно.
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 твердого раствора InAsSb(P), в которых 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 H2O2 и HNO3 (5:3), разделение гетероструктуры на чипы и монтаж чипов с торцевым выводом излучения в корпус с токоподводящими элементами [2]. Определить достоинство данного способа весьма затруднительно, поскольку заявленные в [2] параметры мощности СД основаны на использовании в качестве эталона «светодиода, изготовленного в Физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе (ФТИ)». В ФТИ, как известно, сосуществуют несколько независимых разработчиков и производителей СД и фотодиодов (ФД) со своими собственными, часто сильно различающимися эталонами мощности излучения (см. обсуждение различий в мощности излучения СД, например, в работах [3, 4]).
Известен способ изготовления диодов средневолнового ИК диапазона спектра, включающий выращивание на подложке из арсенида индия многослойной гетероструктуры, содержащей по крайней мере один слой твердого раствора InAs1-x-ySbxPy и разделенные р-n-переходом слои p- и n-типа проводимости, по крайней мере один из которых выполнен с высокой поглощательной способностью в рабочем диапазоне спектра, нанесение на поверхность гетероструктуры фоточувствительного материала, экспонирование через маску с системой темных и светлых полей, проявление, удаление по крайней мере части фоточувствительного материала, подложки и эпитаксиальной структуры при формировании по крайней мере одной мезы, подготовку поверхности для формирования омических контактов, напыление на поверхность слоев и/или подложки металлических композиций заданной геометрии и процесс удаления («утоньшения») подложки или ее части посредством шлифования [5].
Недостатком способа, описанного в [5], является невозможность получения небольшой толщины структуры вблизи от активной области, поскольку механическое воздействие (шлифование) предполагает высокую вероятность разрушения структуры из-за высокой хрупкости полупроводников A3B5. В результате невозможно существенно снизить поглощение в подложке при прохождении излучения в направлении активной области, т.е. невозможно добиться высоких эксплуатационных параметров СД и ФД.
Известен способ изготовления диодов средневолнового ИК диапазона спектра, включающий выращивание на подложке из арсенида индия многослойной гетероструктуры, содержащей по крайней мере один слой твердого раствора InAs1-x-ySbxPy и разделенные р-n-переходом слои p- и n-типа проводимости, по крайней мере один из которых выполнен с высокой поглощательной способностью в рабочем диапазоне спектра, нанесение на поверхность гетероструктуры фоточувствительного материала, экспонирование через маску с системой темных и светлых полей, проявление, удаление по крайней мере части фоточувствительного материала, подложки и эпитаксиальной структуры при формировании по крайней мере одной мезы, подготовку поверхности для формирования омических контактов, напыление на поверхность слоев и/или подложки металлических композиций заданной геометрии, отличающийся тем, что по крайней мере финальную стадию процесса удаления подложки или ее части осуществляют при химическом травлении в смеси перекиси водорода, соляной и азотной кислот [6].
Недостатком известного из [6] способа является высокая вероятность разрушения структуры при попытках получения тонких областей структур вблизи от активной зоны СД/ФД. Это обусловлено низкой избирательностью (селективностью) травителя к химическому составу полупроводника, которая ведет к невозможности точного контроля за процессом удаления подложки при ее малых толщинах. Кроме того, получаемая при частичном удалении подложки поверхность InAs является «сглаженной», т.е. не обладающей свойствами поверхности с низким коэффициентом отражения, что снижает эффективность СД и ФД, имеющих, например, конструкцию «флип-чип» [3].
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ изготовления диодов средневолнового ИК диапазона спектра, включающий выращивание на подложке из арсенида индия многослойной гетероструктуры, содержащей по крайней мере один слой твердого раствора InAs1-x-ySbxPy и разделенные р-n-переходом слои p- и n-типа проводимости, по крайней мере один из которых выполнен с высокой поглощательной способностью в рабочем диапазоне спектра, нанесение на поверхность гетероструктуры фоточувствительного материала, экспонирование через маску с системой темных и светлых полей, проявление, удаление по крайней мере части фоточувствительного материала, подложки и эпитаксиальной структуры при формировании по крайней мере одной мезы, подготовку поверхности для формирования омических контактов, напыление на поверхность слоев и/или подложки металлических композиций заданной геометрии и стадию процесса удаления подложки или ее части при химическом травлении [7].
В известном способе для изготовления диодов средневолнового ИК диапазона спектра методом газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений (МОГФЭ) на подложке n-InAs (100), легированной серой до концентрации электронов n=3⋅1018 см-3, была выращена трехслойная структура (n-p-InAs0.63Sb0.12P0.25/p-InAs0.97Sb0.03/p-InAs0.16Sb0.28P0.56) с толщинами слоев соответственно 1,1, 0,5 и 1,3 мкм.
Были осуществлены нанесение на поверхность гетероструктуры фоточувствительного материала, экспонирование через маску с системой темных и светлых полей, проявление, удаление по крайней мере части фоточувствительного материала, подготовка поверхности для формирования омических контактов, напыление на поверхность слоев металлической композиции (Cr/Au-Te/Au) и на поверхность подложки металлической композиции состава (Cr/Au-Zn/Au).
Удаление части подложки при формировании мез производилось методом жидкостного химического травления со стороны подложки. Из структуры толщиной h=190 мкм была изготовлена серия чипов с конусными мезами диаметром в вершине 100 мкм и высотой 10, 40, 70, 100 и 130 мкм.
Для удаления части подложки арсенида индия был использован неселективный травитель, поскольку две составляющие скорости травления (нормальная и тангенциальная) имели близкие величины (состав самого травителя не указан).
Недостаток известного способа состоит в том, что получаемые с его помощью диоды обладают невысокой эффективностью. Так, например, он не позволяет достичь рекордной светимости/яркости средневолновых ИК СД. Высокая яркость/светимость необходима в целом ряде применений, таких как спектроскопия с использованием диспергирующих элементов [8], волоконно-оптической техники [9].
Указанный выше недостаток вызван тем, что заявленный в [7] способ предполагает наличие достаточно толстой подложки (в данном случае толщиной 190 мкм) для осуществления возможности придания чипу СД нужной формы. Создание СД структур с меньшей толщиной сопряжено с риском разрушения всей конструкции из-за низкой управляемости процессом травления в случае использования неселективного травителя. При этом из-за поглощения в толстой подложке (по оценкам авторов) с показателем поглощения 9 см-1 при 300 K внешний квантовый выход, отнесенный к единице площади СД, оказывается невысоким: 0,0007/0,0025 см-2=0,28 см2 (300 K).
Задачей изобретения является увеличение эффективности работы диода за счет улучшения условий для вывода/ввода излучения из полупроводникового кристалла.
Задача решается тем, что в способе изготовления диодов средневолнового ИК диапазона спектра, включающем выращивание на подложке из арсенида индия многослойной гетероструктуры, содержащей по крайней мере один слой твердого раствора InAs1-x-ySbxPy и разделенные p-n-переходом слои p- и n-типа проводимости, по крайней мере один из которых выполнен с высокой поглощательной способностью в рабочем диапазоне спектра, нанесение на поверхность гетероструктуры фоточувствительного материала, экспонирование через маску с системой темных и светлых полей, проявление, удаление по крайней мере части фоточувствительного материала, подложки и эпитаксиальной структуры, подготовку поверхности для формирования омических контактов, напыление на поверхность слоев и/или подложки металлических композиций заданной геометрии, по крайней мере одну из стадий процесса удаления подложки или ее части осуществляют при химическом травлении в водном растворе соляной кислоты.
Способ поясняется чертежами.
На фиг. 1 цифрами обозначены: 1 - слой твердого раствора InAsSbP, 2 - слой с высокой поглощательной способностью в рабочем диапазоне спектра, 3 - ограничивающий/контактный слой, 4 - подложка InAs с поверхностью, обработанной при травлении в водном растворе соляной кислоты. Варианты распределения типа проводимости между слоями:
n-тип (1, 2, 4), p-тип (3) или
n-тип (1, 4), p-тип (2, 3) или
n-тип (3), p-тип (2, 1, 4) или
n-тип (1, 2, 3), p-тип (4) и т.д.
Стрелками на фиг. 1 показан ход лучей с высокой вероятностью выхода из кристалла (структуры).
На фиг. 2 представлена схема (сечение) ФД, включающего гетероструктуру, содержащую подложку n-InAs (4) и эпитаксиальные слои p- (3) и n- (1, 2) типа, разделенные p-n-переходом, токоподводящие контакты (5, 6), расположенные со стороны эпитаксиальной поверхности, активный слой (2), выполненный с высокой поглощательной способностью в рабочем диапазоне спектра, а также монтажную (несущую) плату (7) и глухое отверстие в подложке (8), выполняющее роль «окна» для выходящего/входящего из(в) чипа неравновесного излучения, возникающего при приложении к контактам смещения.
Экспериментально было определено, что в процессе изготовления диодов средневолнового ИК диапазона спектра на основе InAsSbP, InAs, включающем удаление по крайней мере части подложки n-InAs, наилучшими селективными свойствами обладают водные растворы соляной кислоты. Это проявляется в том, что а) на поверхности InAs, например, ориентированной в плоскости (111) создается микрорельеф из остроконечных пирамид (см. фиг. 1) и б) скорость травления слоев твердого раствора InAsSbP крайне низка по сравнению со скоростью травления InAs. В результате последнего при проведении процесса химического травления InAs крайне низка вероятность порчи структуры, т.к. процесс травления «останавливается» при достижении слоя твердого раствора InAsSbP. В итоге появляется возможность создания «окон» - областей без подложки (на фиг. 2 - это позиция №8), в которых выходящее из чипа излучение не испытывает поглощения в ней. При этом возможно также проведение процесса для изготовления тонких структур без полного удаления подложки. Это позволяет существенно повысить коэффициент ввода/вывода излучения и повысить эффективность СД и ФД.
Как показали исследования, даже в случае неполного удаления подложки InAs травление в водном растворе соляной кислоты также дает существенное увеличение эффективности СД/ФД. Это обусловлено также и тем, что образованные при травлении остроконечные пирамиды травления увеличивают «эффективный угол» полного внутреннего отражения излучения. В результате через поверхность, обработанную в таком травителе (см. фиг. 1), наружу выходит большинство падающих на нее лучей - такая поверхность эквивалента поверхности с нулевым коэффициентом отражения (R→0), что важно для увеличения эффективности СД/ФД. В англоязычной литературе подобные поверхности часто имеют наименование «textured surface».
Пример 1. Диод изготавливался в ООО «Иоффе ЛЕД» на основе одиночных гетероструктур, аналогичных описанным в [10], которые выращивались методом ЖФЭ и состояли из легированной подложки n+-InAs (111)А (n+=1÷2⋅1018 см-3) и двух эпитаксиальных слоев: прилегающего к подложке активного слоя n-InAs (с высокой поглощательной способностью в рабочем диапазоне длин волн) и широкозонного ограничивающего слоя p-InAs1-x-ySbxPy, распределение состава и ширины запрещенной зоны которого по сколу структуры приведены на фиг. 3. После нанесения на поверхность гетероструктуры фоточувствительного материала, экспонирования через маску с системой темных и светлых полей, проявление, удаления по крайней мере части фоточувствительного материала, подложки и эпитаксиальной структуры при формировании мезы, подготовки поверхности для формирования омических контактов, напыления на поверхность слоев и/или подложки металлических композиций Cr-Au-Ni-Au производили «усиление» контактов при осаждении на них слоя золота толщиной 2-3 мкм. Эпитаксиальную сторону защищали фоторезистом и производили травление поверхности подложки n-InAs в водном растворе концентрированной соляной кислоты с течение 5 мин при комнатной температуре. В результате получали текстурированную поверхность InAs, фотография которой приведена на фиг. 4. Горизонтальный белый отрезок в нижней правой части фотографии соответствует длине в 10 мкм. В макромасштабе такая поверхность выглядит «черной» (см. области вне лунок травления на фиг. 8). Пластину отмывали от фоторезиста, раскалывали на чипы, содержащие одну мезу и один подковообразный контакт (см. фиг. 5), готовые для монтажа на кремниевую плату по методу флип-чип. На фиг. 5 цифрами обозначены: 5 - подковообразный катод, 6 - дисковый анод. Кремниевая плата устанавливалась (припаивалась) на медный теплоотвод.
На фиг. 6 приведены ватт-амперные характеристики однотипных СД с мелкой (Sh.M) и глубокой (D.M.) мезами с плоской и текстурированной (обработанной в HCl - "structured surface") поверхностью. Из фиг. 6 видно, что СД, изготовленный по заявляемому способу имеет увеличенную в 1,3 раза мощность по сравнению со СД, необработанным в соляной кислоте. При токе 4,6 A светимость СД в области 3,4 мкм была эквивалентна мощности излучения абсолютно черного тела, нагретого до температуры 1250 K, являющейся рекордной для фотонных источников спонтанного излучения, работающих при комнатной температуре.
Пример 2. Диоды с максимумом излучения на длине волны 4,2 мкм (300 K) изготавливались в ООО «Иоффе ЛЕД» на основе одиночных гетероструктур (ОГС) InAsSb/InAsSbP, выращенных на подложке n-InAs (111), аналогичных описанным в [11]. При этом в результате вторичного проведения фотолитографии были созданы глубокие мезы диаметром 240 мкм, как показано на фиг. 7 (Вид чипа аналогичен представленному на фиг. 5). В остальном, включая наличие селективно травленой световыводящей поверхности n-InAs с рельефом в виде пирамид (фиг. 4), СД были аналогичны описанным в примере 1. Внешний квантовый выход для наилучших условий составил 5⋅10-4 (300 K), что с учетом 30%-ного увеличения площади светящейся области из-за отражения от стенок глубокой мезы [11], определяет удельный квантовый выход (на единицу площади), равный 0,85 см2. Полученное значение в три раз выше, чем для СД, изготовленного известным способом (0,28 см2 [7]). При проведении сравнения эффективности СД с активной областью из твердого раствора InAsSb необходимо также учесть, что в [7] были приведены данные для более коротковолнового (λ=3,6 мкм), чем наш (λ=4,2 мкм) СД.
Пример 3. Диоды изготавливались в ООО «Иоффе ЛЕД» на основе двойных гетероструктур (ДГС) InAsSbP/InAs, выращенных на сильнолегированных подложках n+-InAs(Sn) (111) (n>1018 см-3). ДГС были аналогичны описанным ранее применительно к свето- и ФД, имеющим максимум спектральных характеристик при 3,4 мкм [12], толщины нелегированных областей из арсенида индия (активная область) составляли 1-2 мкм, толщины широкозонных слоев n- и p-InAs1-x-ySbxPy (x~0,09, y~0,18, p=2÷5⋅1017 см-3) были в пределах 2-3 мкм.
Для получения конструкций с круглыми мезами диаметром 300 мкм использовалась двухсторонняя фотолитография и «мокрое» химическое травление. Круглые анодные (Dк=100, Cr-Au-Ni-Au) и U-образные катодные (Cr-Au-Ni-Au) контакты, проявляющиеся на фотографии чипа в виде темных полей, наносились напылением в вакууме с последующим «упрочнением» при электрохимическом осаждении золота; контакты специально не вжигались. Со стороны подложки вытравливалось «окно» диаметром 100-140 мкм, расположенное над центральной частью анодного контакта, как показано на фиг. 2. При этом травление осуществлялось в три этапа: однородное утонение всей подложки, травление через маску из фоторезиста с круглыми отверстиями и однородное утонение всей подложки в водном растворе соляной кислоты, включая полученные на втором этапе углубления. Процесс травления останавливался при появлении блестящих лунок, дно которых состояло из твердого раствора InAsSbP, показанных на фиг. 8.
Образцы разрезались или раскалывались на чипы размерами 0,95×0,85 мм, после чего припаивались на кремниевые держатели 1,1×1,6×0,4 мм с соответствующей геометрией контактных областей, как показано на фиг. 2. Собранные чипы паялись на корпус TO-18.
На фиг. 9 представлен спектр излучения, в котором суммарная толщина складывалась из толщины широкозонных слоев InAsSbP и активного слоя InAs и составляла по оценке 7,5 мкм. Из фиг. 9 видно, что контраст в спектральном распределении растет при увеличении тока в диапазоне 50-500 мА, что аналогично возгоранию суперлюминесценции в резонансных максимумах при большом уровне инжекции.
Значение добротности (Q), оцененное по полуширине мод, составляло 24. Реальные (ненормированные) интенсивности резонансных пиков, показанных на фиг. 9, были по крайней мере на 25% больше, чем соответствующие интенсивности для аналогичных образцов, не имеющих резонансных пиков, т.е. без травления в соляной кислоте. Это свидетельствует о том, что в образцах с высокой добротностью, обработанных в водном растворе соляной кислоты, происходит реальное перераспределение мощности излучения, характерное для СД с микрорезонаторами (англ. - RC LEDs).
Пример 4. Образец изготавливался, как описано в примере 3, и использовался в качестве фотоприемника с максимумом чувствительности при 3,4 мкм (300 K). При этом спектр фоточувствительности в длинноволновой части содержал несколько мод, характерных для резонатора Фабри-Перо толщиной 7,5 мкм. При этом фактор идеальности прямой ветви вольт-амперной характеристики составлял η=1,1, последовательное сопротивление Rs ~2,7 Ом, сопротивление в нуле смещения R0=15 кОм (R0A=1,2 кОм см-2). Последнее значение по крайней мере на порядок превосходит известное из литературы значение для того же значения диаметра мезы и с той же последовательностью слоев гетероструктуры [13]. Соответственно обнаружительная способность ФД (D*) в примере 4 примерно в 3 раза выше, чем в известном ФД, полученном известным способом.
Источники информации
1. S. Jung, S. Suchalkin, D. Westerfeld et al. "High dimensional addressable LED arrays based on type I GaInAsSb quantum wells with quaternary AlGaInAsSb barriers", Semicond. Sci. Technol. 26 (2011) 085022 (6pp).
2. X.Y. Gong, H. Kan, T. Makino et al. "Light emitting diodes fabricated from liquid phase epitaxial InAs/InAsxP1-x-ySbx/InAsxP1-x-ySbx and InAs/InAs1-xSbx multilayers", Cryst. Res. Technol., 35, 549-555 (2000).
3. Зотова H.B., Ильинская Н.Д., Карандашев C.A. и др. Источники спонтанного излучения на основе арсенида индия, ФТП, 42, №6, 641 (2008).
4. Матвеев Б. К вопросу о терминологии в средневолновой инфракрасной оптоэлектронике, Фотоника, Выпуск #3/2015(51), с. 152-164.
5. Кижаев С.С. Способ изготовления гетероструктур (варианты) для среднего ИК-диапазона, гетероструктура (варианты) и СД и ФД на основе этой гетероструктуры, Евразийский патент №018435, приоритет от 2012.09.14.
6. Ильинская Н.Д., Матвеев Б.А, Ременный М.А., Усикова А.А. Способ изготовления диодов средневолнового ИК диапазона спектра, Патент РФ №2599905 по заявке №2012119514, приоритетом от 11.05.2012.
7. Гребенщикова Е.А., Именков А.Н., Кижаев С.С. и др. Исследование эффективности вывода излучения из меза-СДов на основе узкозонной активной области InAsSb, ФТП, 2012, том 46, вып. 2, 247-251.
8. J. Malinen, Т. Hannula, N.V. Zotova et al. "Nondispersive and multichannel analyzers based on mid-IR LEDs and arrays", SPIE vol. 2069, Optical Methods for Chemical Process Control, Boston 7-10 September, 1993, pp. 95-101.
9. В.A. Matveev, N.V. Zotova, S.A. Karandashev et al. "3.4 μm "Flip-chip" LEDs for Fiber Optic Liquid Sensing" Proceedings of the 1-st International CONFERENCE on ADVANCED OPTOELECTRONICS and LASERS (CAOL'2003), September 16-20, 2003 Alushta, Crimea, Ukraine v. 2, pp. 138-140.
10. Matveev B.A., Zotova N.V., 
et al. «3.3 μm high brightness LEDs», Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 891 9-14 (2006).
11. Зотова H.B., Ильинская Н.Д., Карандашев C.A. и др. Светодиоды флип-чип на 4.2 мкм с глубокой мезой травления, ФТП, 2006, том 40, выпуск 6, 717.
12. Зотова Н.В., Ильинская Н.Д., Карандашев С.А. и др. Светодиоды на основе InAs с резонатором, сформированным анодным контактом и границей раздела полупроводник/воздух, ФТП, 2004, том 38, выпуск 10, 1270-1274.
13. Андреев И.А., Серебренникова О.Ю., Ильинская Н.Д. и др. Фотоэлектрические свойства фотодиодов на основе гетероструктур InAs/InAsSbP с диаметрами фоточувствительной площадки 0,1-2,0 мм, ФТП, 2015, том 49, вып. 12, 1720- 1726.
Claims (1)
- Способ изготовления диодов средневолнового ИК диапазона спектра, включающий выращивание на подложке из арсенида индия многослойной гетероструктуры, содержащей по крайней мере один слой твердого раствора InAs1-x-ySbxPy и разделенные р-n-переходом слои р- и n-типа проводимости, по крайней мере один из которых выполнен с высокой поглощательной способностью в рабочем диапазоне спектра, нанесение на поверхность гетероструктуры фоточувствительного материала, экспонирование через маску с системой темных и светлых полей, проявление, удаление по крайней мере части фоточувствительного материала, подложки и эпитаксиальной структуры при формировании по крайней мере одной мезы, подготовку поверхности для формирования омических контактов, напыление на поверхность слоев и/или подложки металлических композиций заданной геометрии, отличающийся тем, что по крайней мере финальную стадию процесса удаления подложки или ее части осуществляют при химическом травлении в водном растворе соляной кислоты.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016145096A RU2647979C1 (ru) | 2016-11-17 | 2016-11-17 | Способ изготовления диодов средневолнового ик диапазона спектра |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2016145096A RU2647979C1 (ru) | 2016-11-17 | 2016-11-17 | Способ изготовления диодов средневолнового ик диапазона спектра |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2647979C1 true RU2647979C1 (ru) | 2018-03-21 |
Family
ID=61708048
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2016145096A RU2647979C1 (ru) | 2016-11-17 | 2016-11-17 | Способ изготовления диодов средневолнового ик диапазона спектра |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2647979C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2726903C1 (ru) * | 2019-11-19 | 2020-07-16 | Общество с ограниченной ответственностью "ИоффеЛЕД" | Способ изготовления фотодиодов средневолнового ик-диапазона спектра |
| RU2805140C1 (ru) * | 2023-04-19 | 2023-10-11 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НА ОСНОВЕ GaInAsSb |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100186822A1 (en) * | 2009-01-28 | 2010-07-29 | Microlink Devices, Inc. | High efficiency group iii-v compound semiconductor solar cell with oxidized window layer |
| US20140113402A1 (en) * | 2012-10-22 | 2014-04-24 | Lnternational Business Machines Corporation | High Efficiency Flexible Solar Cells For Consumer Electronics |
| EP2897158A1 (en) * | 2012-09-14 | 2015-07-22 | Limited Liability Company "LED Microsensor NT" | Producing heterostructures (variants) for the mid-infrared range |
| RU2599905C2 (ru) * | 2012-05-11 | 2016-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ИоффеЛЕД" | Способ изготовления диодов средневолнового ик диапазона спектра |
-
2016
- 2016-11-17 RU RU2016145096A patent/RU2647979C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20100186822A1 (en) * | 2009-01-28 | 2010-07-29 | Microlink Devices, Inc. | High efficiency group iii-v compound semiconductor solar cell with oxidized window layer |
| RU2599905C2 (ru) * | 2012-05-11 | 2016-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ИоффеЛЕД" | Способ изготовления диодов средневолнового ик диапазона спектра |
| EP2897158A1 (en) * | 2012-09-14 | 2015-07-22 | Limited Liability Company "LED Microsensor NT" | Producing heterostructures (variants) for the mid-infrared range |
| US20140113402A1 (en) * | 2012-10-22 | 2014-04-24 | Lnternational Business Machines Corporation | High Efficiency Flexible Solar Cells For Consumer Electronics |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Е.А. Гребенщикова и др. Исследование эффективности вывода излучения из меза-СДов на основе узкозонной активной области InAsSb, ФТП, 2012, том 46, вып. 2, c. 247-251. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2726903C1 (ru) * | 2019-11-19 | 2020-07-16 | Общество с ограниченной ответственностью "ИоффеЛЕД" | Способ изготовления фотодиодов средневолнового ик-диапазона спектра |
| RU2805140C1 (ru) * | 2023-04-19 | 2023-10-11 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НА ОСНОВЕ GaInAsSb |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8750653B1 (en) | Infrared nanoantenna apparatus and method for the manufacture thereof | |
| JP2011511443A (ja) | 放射受光器およびその製造方法 | |
| Li et al. | On-chip integration of III-nitride flip-chip light-emitting diodes with photodetectors | |
| Li et al. | Suspended p–n junction InGaN/GaN multiple-quantum-well device with selectable functionality | |
| RU2647979C1 (ru) | Способ изготовления диодов средневолнового ик диапазона спектра | |
| US20120300202A1 (en) | Autonomous light amplifying device for surface enhanced raman spectroscopy | |
| RU2570603C2 (ru) | Полупроводниковый диод средневолнового инфракрасного диапазона спектра | |
| CN106340553B (zh) | 电子输运通道为斜跃迁‑微带型的量子级联红外探测器 | |
| RU2599905C2 (ru) | Способ изготовления диодов средневолнового ик диапазона спектра | |
| KR101322364B1 (ko) | 표면 플라스몬 커플러를 가지는 포토다이오드 | |
| RU2318272C1 (ru) | СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕГО МНОГОЭЛЕМЕНТНОГО ФОТОПРИЕМНИКА НА ОСНОВЕ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СТРУКТУР InGaAs/InP | |
| WO2019218002A1 (en) | A photodetector | |
| Xie et al. | Resonant cavity enhanced GaInAsSb-AlAsSb photodetector grown by MBE for mid-IR applications | |
| US8542355B2 (en) | Light amplifying devices for surface enhanced raman spectroscopy | |
| RU2154324C1 (ru) | Полупроводниковый источник инфракрасного излучения (варианты) | |
| KR20110006651A (ko) | 광전자 복사 검출기 및 다수의 검출 소자를 제조하기 위한 방법 | |
| Li et al. | Performance of low dark current InGaAs shortwave infrared detector | |
| US9728662B2 (en) | Semiconductor infrared photodetectors | |
| RU2726903C1 (ru) | Способ изготовления фотодиодов средневолнового ик-диапазона спектра | |
| RU2647978C2 (ru) | Способ изготовления диодов для средневолнового ик диапазона спектра | |
| RU2261501C2 (ru) | Полупроводниковый источник инфракрасного излучения | |
| CN208157437U (zh) | 一种用于量子阱探测器的微腔阵列耦合结构 | |
| Song et al. | InGaAs Photodiode Array on Silicon by Heteroepitaxy | |
| Chen et al. | GeSn plasmonic terahertz photoconductive antenna | |
| RU221645U1 (ru) | Полупроводниковый фотодиод для инфракрасного излучения |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191118 |