RU2675408C1 - Способ изготовления фотодетекторов мощного оптоволоконного свч модуля - Google Patents
Способ изготовления фотодетекторов мощного оптоволоконного свч модуля Download PDFInfo
- Publication number
- RU2675408C1 RU2675408C1 RU2018104232A RU2018104232A RU2675408C1 RU 2675408 C1 RU2675408 C1 RU 2675408C1 RU 2018104232 A RU2018104232 A RU 2018104232A RU 2018104232 A RU2018104232 A RU 2018104232A RU 2675408 C1 RU2675408 C1 RU 2675408C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- contact
- layer
- gaas
- creating
- photodetectors
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 21
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 17
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 53
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 42
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 21
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 19
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 13
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 36
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 35
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims description 13
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 claims description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 10
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 7
- 239000007787 solid Substances 0.000 abstract description 7
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 abstract description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 102
- 239000000463 material Substances 0.000 description 14
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 11
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 9
- CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-N Hydrogen bromide Chemical compound Br CPELXLSAUQHCOX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 8
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 8
- KMUONIBRACKNSN-UHFFFAOYSA-N potassium dichromate Chemical compound [K+].[K+].[O-][Cr](=O)(=O)O[Cr]([O-])(=O)=O KMUONIBRACKNSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 6
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910000042 hydrogen bromide Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 3
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 3
- 229910005542 GaSb Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 2
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 2
- 230000004044 response Effects 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 229930091051 Arenine Natural products 0.000 description 1
- 229910003087 TiOx Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 239000010407 anodic oxide Substances 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000011247 coating layer Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000004943 liquid phase epitaxy Methods 0.000 description 1
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000009993 protective function Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- HLLICFJUWSZHRJ-UHFFFAOYSA-N tioxidazole Chemical compound CCCOC1=CC=C2N=C(NC(=O)OC)SC2=C1 HLLICFJUWSZHRJ-UHFFFAOYSA-N 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
-
- 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
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано для создания мощных СВЧ фотодетекторов на основе эпитаксиальных структур GaAs/AlGaAs, чувствительных к излучению на длине волны 810-860 нм. Способ изготовления фотодетекторов мощного оптоволоконного СВЧ модуля включает создание на полупроводниковой подложке GaAs n-типа фоточувствительной области на основе эпитаксиальных структур GaAs/AlGaAs и широкозонного окна из AlGaAs, чувствительных к излучению на длине волны 810-860 нм, создание контактного слоя из GaAs р-типа, создание контактной площадки фронтального омического контакта на поверхности контактного слоя, создание сплошного тыльного омического контакта на тыльной поверхности подложки GaAs. На фоточувствительной области формируют антиотражающее покрытие, создают шины фронтального омического контакта шириной 4-8 мкм, формируют меза-структуру вне контактной площадки и фоточувствительной области на расстоянии 1-5 мкм от контактной площадки, создают дополнительный фронтальный контакт вне меза-структуры на фронтальной поверхности полупроводниковой подложки, проводят монтаж фотодетекторов на керамической плате из AlN, выполняют монтаж керамической платы на теплоотводящем основании модуля, выполняют монтаж оптических волокон и корпусирование СВЧ модуля. Изобретение обеспечивает возможность создания мощных СВЧ фотодетекторов с подводимым по оптоволокнам лазерным излучением, которые бы имели увеличенную рабочую мощность, сниженную величину коэффициента отражения излучения, увеличенное быстродействие, за счет снижения потерь на паразитных емкости и индуктивности, и соответственно высокий КПД преобразования излучения и быстродействие мощного оптоволоконного СВЧ модуля на их основе. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.
Description
Изобретение относится к оптоэлектронике и может быть использовано для создания мощных сверхвысокочастотных (СВЧ) фотодетекторов на основе эпитаксиальных структур GaAs/AlxGa1-xAs, чувствительных к излучению на длине волны 810-860 нм, для создания на их основе мощного оптоволоконного СВЧ модуля.
Известен способ изготовления фотодетектора на основе эпитаксиальных структур InGaAs/InP, чувствительного в ИК диапазоне (см. заявку US 20140264275 A1, МПК H01L 31/02, опубликована 18.09.2014). Фотодетектор включает: подложку, канал транзистора, исток транзистора и сток транзистора, расположенные на фронтальной поверхности структуры; исток и сток транзистора, расположенные на обратной стороне канала транзистора, барьер, расположенный на канале, и светочувствительный слой, расположенный на барьере. Светочувствительный слой необходим для поглощения света. При падении света на светочувствительный слой, сопротивление канала проводимости меняется при туннелировании носителей из светочувствительного слоя в канал.
Недостатком данного способа изготовления фотодетектора является использование материалов InGaAs/InP, с отсутствием чувствительности к излучению на длине волны 810-860 нм.
Известен способ изготовления фотодетектора на основе эпитаксиальных структур GaAs/AlxGa1-xAs, чувствительных к ИК-излучению (см. патент RU 2022411, МПК H01L 31/101, опубликован 30.10.1994). Данный фотодетектор на основе полупроводниковой структуры с квантовыми ямами включает подложку из полуизолирующего GaAs с буферным слоем GaAs, первый контактный слой n-GaAs, систему чередующихся слоев AlxGa1-xAs и GaAs, причем в один из материалов системы чередующихся слоев введена примесь кремния до уровня легирования 2*1018 см-3, и второй контактный слой n-GaAs, примесь кремния введена в слой AlxGai1-xAs в виде моноатомного слоя, расположенного на расстоянии, не большем Дебаевской длины экранирования от одной из границ раздела чередующихся слоев.
Недостатком известного фотодетектора является значительное затенение фоточувствительной поверхности фотодетектора и невысокое значение КПД преобразования излучения.
Известен способ изготовления фотодетектора на основе эпитаксиальных структур GaAs/AlGaAs (см. патент RU 2547004, МПК H01L 31/18, опубликован 10.04.2015). Способ изготовления фотодетектора на основе GaAs включает последовательное выращивание методом жидкофазной эпитаксии на подложке n-GaAs буферного слоя n-GaAs, базового слоя n-GaAs, эмиттерного слоя p-GaAs и слоя p-AlGaAs с содержанием Al в твердой фазе от 30-40 ат. % в начале роста слоя и при содержании Al в твердой фазе 10-15 ат. % в приповерхностной области слоя, а также осаждение тыльного контакта и лицевого контакта. На лицевую поверхность подложки наносят антиотражающее покрытие. Способ позволяет с меньшими затратами совместить в одном слое функции широкозонного окна и контактного слоя.
Недостатком данного способа изготовления фотодетектора является отсутствие процесса создания шин фронтального омического контакта, что приводит к уменьшению КПД и мощности фотодетектора. Также недостатком является отсутствие фронтального контакта к подложке, что приводит к снижению быстродействия и КПД СВЧ модуля на основе этих фотодетекторов.
Известен способ изготовления фотодетектора на основе InGaAs, работающего на длине волны 1,55 мкм с диапазоном перестройки 44 нм (C. Dhanavantri, H. Halbritter, O.P. Daga, J.P. Pachauh, F. Riemenschneider, P. Meissner, and B.R. Singh, Fabrication of PIN diodes for WDM tunable and wavelength selective receivers, in Proc. 7th Conference on Optoelectronics, Fiber Optics & Photonics (Photonics), Cochin, Indien, December 2004, p. 340). Фотодетектор включает мезу с чувствительной площадкой, сформированной на поверхности полупроводниковой гетероструктуры на основе А3В5, омические контакты. На первой стадии с фронтальной поверхности гетероструктуры вокруг чувствительной площадки мезы удалялись все слои до контактного n+-In0.53Ga0.47As слоя. На второй стадии ступенчатого травления с одной стороны от мезы удалялись все слои до подложки InP. Омические контакты р+ и n+ выполнены фронтальными. С противоположных сторон мезы на фронтальной поверхности сформированы две контактные площадки: n+-Ti/Pt/Au - на контактном n+-In0.53Ga-As слое, p+-Pd/AuGe/Au - на поверхности подложки InP. Омический контакт p+-Pd/AuGe/Au, усиленный электролитическим золотом толщиной 2,5 мкм, выполнен в мостиковой конфигурации. Один конец мостика в виде кольца с диаметром, близким к диаметру мезы, лежит на чувствительной площадке. Другой конец мостика соединен с контактной р+ площадкой на поверхности подложки InP.
Недостатком данного способа изготовления фотодетектора является использование материалов InGaAs/InP, с отсутствием чувствительности к излучению на длине волны 810-860 нм. Также недостатком фотодетектора является низкая надежность. Надежность конструкции фотодетектора снижается при механических напряжениях, возникающих из-за изгиба мостикового фронтального контакта.
Известен способ изготовления оптоволоконного модуля (см. патент RU 2610447, МПК H04B 10/80, опубликован 13.02.2017). Способ включает создание модуля, содержащего один или более волоконно-оптических функциональных блоков телекоммуникационной сети связи, имеющих возможность оптического подключения, посредством оптического волокна, к центральному узлу сети связи, для приема телекоммуникационных сигналов, предназначенных для одного или более абонентов, по оптическому волокну, от центрального узла сети связи. Модуль дополнительно содержит приемопередающее устройство, имеющее возможность формировать первые оптические сигналы, используя электрическую энергию, и имеющее возможность принимать ответные оптические сигналы от центрального узла сети связи, имеющее возможность оптического подключения к оптическому волокну таким образом, что первые оптические сигналы могут быть переданы по оптическому волокну на центральный узел сети связи, и таким образом, что ответные оптические сигналы могут быть переданы по оптическому волокну от центрального узла сети связи на приемопередающее устройство.
Недостатком известного способа изготовления оптоволоконного модуля является отсутствие возможности работы СВЧ фото детекторов в данной конструкции модуля с мощными оптическими сигналами, что соответственно приводит к снижению быстродействия модуля при работе с мощными импульсными сигналами.
Известен способ изготовления фотодетектора на основе полупроводниковых соединений А3В5, чувствительного в диапазоне 900-2400 нм (см. патент RU 2469438, МПК H01L 31/0224, опубликован 10.12.2012), принятый за прототип. Способ включает создание фоточувствительной области на основе полупроводниковых соединений А3В5 на подложке GaSb, формирование двух мез на гетероструктуре, создание тыльного и фронтального омических контактов к гетероструктуре, тыльный контакт выполнен сплошным и нанесен на подложку, а фронтальный выполнен в виде соединяющего мезы мостика, электрически изолированного от одной из мез слоем анодного окисла с нанесенным на этот слой по меньшей мере одним слоем диэлектрика. Техническим результатом при использовании - предлагаемого изобретения является увеличение эффективности фотодиода за счет одновременного увеличения быстродействия и обнаружительной способности прибора.
Недостатком данного способа изготовления фотодетектора является использование материалов InGaAsSb/GaSb (рабочий диапазон длин волн 900-2400 нм), с отсутствием чувствительности к излучению на длине волны 810-860 нм. Также недостатком является отсутствие фронтального контакта к подложке, что приводит к снижению быстродействия прибора, к возникновению дополнительных потерь на паразитных индуктивности и емкости, а также к снижению КПД фотодетекторов и быстродействия мощного оптоволоконного СВЧ модуля на основе этих фотодетекторов.
Задачей настоящего изобретения является разработка мощных СВЧ фотодетекторов с подводимым по оптоволокнам лазерным излучением, которые бы имели увеличенную рабочую мощность, сниженную величину коэффициента отражения излучения, увеличенное быстродействие, за счет снижения потерь на паразитных емкости и индуктивности, и соответственно высокий КПД преобразования излучения и быстродействие мощного оптоволоконного СВЧ модуля на их основе. Также задачей является увеличение эффективности преобразования оптической мощности фотодетекторов за счет коммутирования их в оптоволоконный модуль.
Поставленная задача достигается тем, что способ изготовления фотодетекторов мощного оптоволоконного СВЧ модуля включает создание на полупроводниковой подложке GaAs n-типа фоточувствительной области на основе эпитаксиальных структур GaAs/AlxGa1-xAs и широкозонного окна из AlxGa1-xAs, чувствительных к излучению в диапазоне длин волн 810-860 нм, создание контактного слоя из GaAs р-типа, формирование контактной площадки фронтального омического контакта на поверхности контактного слоя, создание сплошного тыльного омического контакта на тыльной поверхности подложки GaAs. Новым в способе является то, что на фоточувствительной области формируют антиотражающее покрытие, создают шины фронтального омического контакта шириной 4-8 мкм, формируют меза-структуру вне контактной площадки и фоточувствительной области на расстоянии 1-5 мкм от контактной площадки, создают дополнительный фронтальный контакт вне меза-структуры на фронтальной поверхности полупроводниковой подложки, проводят монтаж фотодетекторов на керамической плате из AlN, выполняют монтаж керамической платы на теплоотводящем основание модуля, выполняют монтаж оптоволокон и корпусирование СВЧ модуля.
Шины фронтального омического контакта могут быть выполнены путем электрохимического осаждения трехслойного покрытия, состоящего из нижнего слоя из серебра толщиной (2-5) мкм, промежуточного слоя из никеля толщиной (0,1-0,2) мкм и верхнего слоя из золота толщиной (0,1-0,2) мкм.
Антиотражающее покрытие формируют на фоточувствительной поверхности фотодетектора для увеличения степени поглощения падающего излучения.
Шины фронтального омического контакта на фоточувствительной области создают для увеличения рабочей мощности фотодетектора. Ширина шин 4-8 мкм обусловлена тем, что при ширине шин более 8 мкм происходит существенное затенение фоточувствительной области фотодетектора. Минимальная ширина шин 4 мкм обусловлена технологическими особенностями процессов изготовления фотодетектора. Толщина нижнего слоя серебра 2-5 мкм обусловлена тем, что при толщине менее 2 мкм происходит снижение проводимости омического контакта, толщина более 5 мкм технологически нецелесообразна и приводит к увеличению степени затенения фоточувствительной области ФД. Толщина среднего слоя никеля 0,1-0,2 мкм обусловлена тем, что при толщине менее 0,1 мкм снижается барьерная функция слоя, толщина более 0,2 мкм технологически нецелесообразна. Толщина верхнего слоя золота 0,1-0,2 мкм необходима для проведения последующего монтажа ФД, также за счет высокой стойкости слой золота выполняет защитную функцию.
Создание тыльного омического контакта проводят для последующего монтажа фотодетектора и обеспечения теплоотвода.
Создание меза-структуры вне контактной площадки и фоточувствительной области на расстоянии не более 5 мкм от контактной площадки осуществляют для снижения рабочей площади фотодетектора, соответственно для снижения емкости фотодетектора и увеличения быстродействия оптоволоконного СВЧ модуля на основе созданных фотодетекторов.
Создание дополнительного фронтального контакта вне меза-структуры на фронтальной поверхности полупроводниковой подложки осуществляют для увеличения быстродействия и КПД фотодетектора и оптоволоконного СВЧ модуля за счет снижения потерь на сопротивлении структуры, паразитных индуктивности и емкости, уменьшения межэлементного расстояния, уменьшения рабочей толщины полупроводниковой подложки GaAs, улучшения теплоотвода от рабочей области СВЧ ФД.
Последовательное соединение фотодетекторов в мощный оптоволоконный СВЧ модуль осуществляется для повышения выходной мощности СВЧ фотодетектора. Для этого необходимо обеспечить согласование мощности фотодетектора в точке оптимальной нагрузки в режиме генерации электрического импульса с сопротивлением внешней нагрузки. Коммутация СВЧ фотодетектора, работающего в импульсном режиме, с СВЧ излучателем осуществляется микрополосковой линией, при этом модуль фотодетекторов должен быть согласован с сопротивлением внешней нагрузки. Оптимальным сопротивлением нагрузки является величина 50 Ом. При работе в оптимальном режиме, близком к максимальной мощности в точке оптимальной нагрузки, напряжение вырабатываемое одним фотодетектором составляет 0,95-1,05 В. Таким образом максимальная вырабатываемая мощность в таком режиме составляет порядка 0,02 Вт. Величина выходной пиковой мощности фотодетектора возрастает пропорционально квадрату напряжения и при последовательном соединении 16 фотодетекторов в оптоволоконный модуль, выходная мощность оптоволоконного СВЧ модуля превышает 5 Вт. Соответственно для увеличения выходной мощности фотодетектора проводят последовательное соединение ряда фотодетекторов на керамической плате.
Использование для монтажа фотодетекторов керамической платы из AlN, выполняющей роль теплоотвода, обусловлено тем, что AlN является изолятором и обладает высокой теплопроводностью.
Заявляемое техническое решение поясняется чертежами, где: на фиг. 1 приведено схематическое изображение СВЧ фотодетектора, вид сверху;
на фиг. 2 изображена схема СВЧ фотодетектора, вид сбоку;
на фиг. 3 изображена схема мощного оптоволоконного СВЧ модуля;
на фиг. 1-3 указаны: 1 - фотодетектор, 2 - полупроводниковая подложка, 3 - фоточувствительная область, 4 - эпитаксиальная структура GaAs/AlxGa1-xAs, 5 - широкозонное окно из AlxGa1-xAs, 6 - контактный слой из GaAs р-типа, 7 - фронтальный омический контакт к р-типу GaAs, 8 - антиотражающее покрытие, 9 - контактная площадка фронтального омического контакта, 10 - шины фронтального омического контакта, 11 - тыльный омический контакт к n-типу GaAs, 12 - меза-структура, 13 -диэлектрическое покрытие, 14 - фронтальный омический контакт к подложке n-типа GaAs, 15 - тонкий слой из контактных материалов, 16 - нижний слой из серебра омического контакта, 17 - промежуточный слой из никеля омического контакта, 18 - слой из золота омического контакта, 19 - керамическая плата A1N фотодетекторного СВЧ модуля, 20 - золотая проволока, обеспечивающая последовательное соединение фотодетекторов в СВЧ модуль, 21 - теплоотводящее основание СВЧ модуля, 22 - оптоволокна в СВЧ модуле, 23 - корпус СВЧ модуля;
на фиг. 4 приведена зависимость КПД фотодетектора от мощности лазерного излучения для ФД с диаметром фоточувствительной области 500 мкм при импульсном (24) и постоянном (25) лазерном излучении (ЛИ);
на фиг. 5 приведена зависимость КПД фотодетектора от мощности лазерного излучения для ФД с диаметром фоточувствительной области 500 мкм при различных вариантах контактирования для измерения вольт-амперных характеристик: 26 - "р" фронтальный омический контакт (7), "n" - тыльный омический контакт (11); 27 - "р" фронтальный омический контакт (7), "n" - фронтальный омический контакт к подложке GaAs (14).
Диаметр фоточувствительной поверхности фотодетектора, изображенного на фиг. 1, составляет 500 мкм. На фоточувствительной поверхности расположено девять шин 10 фронтального омического контакта 7 шириной 5 мкм с шагом 50 мкм. Коэффициент затенения фоточувствительной поверхности фотодетектора контактными шинами составляет 9%.
Заявляемый способ изготовления мощного СВЧ фотодетектора 1 проводят в несколько стадий. На полупроводниковой подложке GaAs n-типа 2 создают фоточувствительную область 3 (см. фиг 1-2) на основе эпитаксиальных структур GaAs/AlxGa1-xAs 4 и широкозонного окна 5 из AlxGa1-xAs, создают контактный слой 6 из GaAs p-типа. Проводят локальное травление контактного слоя 6 в местах свободных от фронтального омического контакта 7. Далее формируют антиотражающее покрытие 8 на фоточувствительной области 3. Создают фронтальный омический контакт 7, состоящий из контактной площадки 9 и шин фронтального омического контакта 10 на поверхности контактного слоя 6. Затем создают сплошной тыльный омический контакт 11 на тыльной поверхности подложки 2.
Далее осуществляют формирование меза-структуры 12 вне контактной площадки 9 и фоточувствительной области 3 на расстоянии не более 5 мкм от контактной площадки 9 методом жидкостного химического травления. Проводят пассивацию боковой поверхности меза-структуры путем осаждения слоя диэлектрического покрытия 13.
Затем создают дополнительный фронтальный контакт 14 вне меза-структуры 12 на фронтальной поверхности полупроводниковой подложки 2.
Изготовление двух фронтальных 7 и 14 и сплошного тыльного 11 омических контактов осуществляют путем напыления тонких слоев контактных материалов 15, толщиной 0,2-0,4 мкм, вжигания при температуре 360-370°C в течение 10-60 сек. и электрохимического осаждения толстого слоя серебра 16 толщиной 2-5 мкм, промежуточного слоя никеля 17 толщиной 0,1-0,2 мкм и верхнего слоя золота 18 толщиной 0,1-0,2 мкм.
Затем проводят монтаж фотодетекторов 1 на керамическую плату A1N 19 (см. фиг. 3), фотодетекторы в оптоволоконном СВЧ модуле соединены последовательно золотой проволокой 20 при помощи ультразвуковой сварки. Далее проводят монтаж платы 19 на теплоотводящем основании СВЧ модуля 21. Далее выполняют монтаж оптоволокон 22 непосредственно над фоточувствительными областями фотодетекторов и проводят корпусирование СВЧ модуля 23.
Пример 1.
Были получены мощные СВЧ фотодетекторы в несколько стадий. На полупроводниковой подложке n-GaAs создана фоточувствительная область на основе эпитаксиальных структур GaAs/AlxGa1-xAs и широкозонного окна из AlxGa1-xAs. На поверхности широкозонного окна сформирован контактный слой из GaAs p-типа. Проведено локальное травление контактного слоя в местах свободных от фронтального омического контакта. Проведено формирование антиотражающего покрытия на поверхности фоточувствительной области путем осаждения слоя Ta2O5. Создан фронтальный омический контакт p-типа, состоящий из контактной площадки и шин фронтального омического контакта на поверхности контактного слоя GaAs путем напыления слоев Ag(Mn)/Ni/Au толщиной 0,2 мкм. Затем создан сплошной тыльный омический контакт на тыльной поверхности подложки GaAs путем напыления слоев Au(Ge)/Ni/Au толщиной 0,2 мкм. Проведено вжигание омических контактов при температуре 360°C в течение 10 с. Выполнено электрохимическое осаждение толстого слоя серебра толщиной 2 мкм, промежуточного слоя никеля толщиной 0,1 мкм и верхнего слоя золота толщиной 0,1 мкм на поверхность напыленных слоев контактных материалов фронтального и тыльного омических контактов.
Далее осуществлено формирование меза-структуры вне контактной площадки и фоточувствительной области на расстоянии 5 мкм от контактной площадки методом жидкостного химического травления в травителе на основе бихромата калия и бромоводорода. Проведена пассивация боковой поверхности меза-структуры путем осаждения слоя диэлектрического покрытия Si3N4.
Затем создан дополнительный фронтальный контакт n-типа вне меза-структуры на фронтальной поверхности полупроводниковой подложки GaAs путем напыления слоев Au(Ge)/Ni/Au толщиной 0,2. Проведено вжигание омических контактов при температуре 360°C в течение 10 с. Выполнено электрохимическое осаждение толстого слоя серебра толщиной 2 мкм, промежуточного слоя никеля толщиной 0,1 мкм и верхнего слоя золота толщиной 0,1 мкм на поверхность напыленных слоев контактных материалов фронтального омического контакта к подложке n-типа GaAs.
Затем проведен монтаж фотодетекторов на керамическую плату AlN, фотодетекторы в оптоволоконном СВЧ модуле соединены последовательно золотой проволокой при помощи ультразвуковой сварки. Проведен монтаж платы на теплоотводящее основание СВЧ модуля. Далее выполнен монтаж оптоволокон непосредственно над фоточувствительными областями фотодетекторов и проведено корпусирование СВЧ модуля.
Пример 2.
Были получены фотодетекторы способом, приведенным в примере 1 со следующими отличительными признаками. Антиотражающее покрытие на поверхности фоточувствительной области выполнено путем осаждения двуслойного покрытия TiOx/SiO2. Фронтальный омический контакт p-типа, выполнен путем напыления слоев Cr/Au толщиной 0,3 мкм. Затем создан сплошной тыльный омический контакт на тыльной поверхности подложки GaAs путем напыления слоев Au(Ge)/Ni/Ag толщиной 0,4 мкм. Вжигание омических контактов проведено при температуре 370°C в течение 30 с. Выполнено электрохимическое осаждение толстого слоя серебра толщиной 3 мкм, промежуточного слоя никеля толщиной 0,15 мкм и верхнего слоя золота толщиной 0,15 мкм на поверхность напыленных слоев контактных материалов фронтального и тыльного омических контактов.
Осуществлено формирование меза-структуры вне контактной площадки и фоточувствительной области на расстоянии 4 мкм от контактной площадки методом жидкостного химического травления в травителе на основе бихромата калия и бромоводорода.
Затем создан дополнительный фронтальный контакт n-типа вне меза-структуры на фронтальной поверхности полупроводниковой подложки GaAs путем напыления слоев Au(Ge)/Ni/Ag толщиной 0,4. Проведено вжигание омических контактов при температуре 370°C в течение 10 с. Выполнено электрохимическое осаждение толстого слоя серебра толщиной 4 мкм, промежуточного слоя никеля толщиной 0,2 мкм и верхнего слоя золота толщиной 0,1 мкм на поверхность напыленных слоев контактных материалов фронтального омического контакта к подложке n-типа GaAs.
Пример 3.
Были получены фотодетекторы способом, приведенным в примере 1 со следующими отличительными признаками. Антиотражающее покрытие на поверхности фоточувствительной области выполнено путем осаждения двуслойного покрытия TiOx/SiO2. Фронтальный омический контакт p-типа, выполнен путем напыления слоев Ag(Mn)/Ni/Au толщиной 0,4 мкм. Затем создан сплошной тыльный омический контакт на тыльной поверхности подложки GaAs путем напыления слоев Au(Ge)/Pt/Au толщиной 0,3 мкм. Вжигание омических контактов проведено при температуре 370°C в течение 60 с. Выполнено электрохимическое осаждение толстого слоя серебра толщиной 5 мкм, промежуточного слоя никеля толщиной 0,2 мкм и верхнего слоя золота толщиной 0,2 мкм на поверхность напыленных слоев контактных материалов фронтального и тыльного омических контактов.
Осуществлено формирование меза-структуры вне контактной площадки и фоточувствительной области на расстоянии 1 мкм от контактной площадки методом жидкостного химического травления в травителе на основе бихромата калия и бромоводорода.
Затем создан дополнительный фронтальный контакт n-типа вне меза-структуры на фронтальной поверхности полупроводниковой подложки GaAs путем напыления слоев Au(Ge)/Pt/Au толщиной 0,3 мкм. Проведено вжигание омических контактов при температуре 370°C в течение 60 с. Выполнено электрохимическое осаждение толстого слоя серебра толщиной 5 мкм, промежуточного слоя никеля толщиной 0,2 мкм и верхнего слоя золота толщиной 0,2 мкм на поверхность напыленных слоев контактных материалов фронтального омического контакта к подложке n-типа GaAs.
Пример 4.
Были получены фотодетекторы способом, приведенным в примере 1 со следующими отличительными признаками. Антиотражающее покрытие на поверхности фоточувствительной области выполнено путем осаждения двуслойного покрытия TiOx/SiO2. Фронтальный омический контакт p-типа, выполнен путем напыления слоев Ag(Mn)/Ni/Au толщиной 0,3 мкм. Затем создан сплошной тыльный омический контакт на тыльной поверхности подложки GaAs путем напыления слоев Au(Ge)/Ni/Au толщиной 0,4 мкм. Вжигание омических контактов проведено при температуре 360°C в течение 60 с. Выполнено электрохимическое осаждение толстого слоя серебра толщиной 4 мкм, промежуточного слоя никеля толщиной 0,1 мкм и верхнего слоя золота толщиной 0,2 мкм на поверхность напыленных слоев контактных материалов фронтального и тыльного омических контактов.
Осуществлено формирование меза-структуры вне контактной площадки и фоточувствительной области на расстоянии 3 мкм от контактной площадки методом жидкостного химического травления в травителе на основе бихромата калия и бромоводорода.
Затем создан дополнительный фронтальный контакт n-типа вне меза-структуры на фронтальной поверхности полупроводниковой подложки GaAs путем напыления слоев Au(Ge)/Ni/Au толщиной 0,4. Проведено вжигание омических контактов при температуре 360°C в течение 60 с. Выполнено электрохимическое осаждение толстого слоя серебра толщиной 4 мкм, промежуточного слоя никеля толщиной 0,1 мкм и верхнего слоя золота толщиной 0,2 мкм на поверхность напыленных слоев контактных материалов фронтального омического контакта к подложке n-типа GaAs.
Результатом процесса изготовления фотодетекторов мощного оптоволоконного СВЧ модуля стало снижение отражения падающего излучения от фоточувствительной поверхности фотодетектора до 1-2% за счет создания антиотражающего покрытия, увеличение быстродействия фотодетектора, за счет снижения потерь на паразитных емкости и индуктивности в СВЧ модуле, увеличение рабочей мощности фотодетектора, увеличение КПД на 1-2% за счет создания фронтального контакта к подложке GaAs. Достигнуто повышение выходной мощности СВЧ фотодетектора при комбинировании их в оптоволоконный СВЧ модуль. При последовательном соединении 16 СВЧ фотодетекторов величина выходной мощности превышает 5 Вт на длине волны 810 нм подводимого по оптоволокнам лазерного излучения.
Claims (2)
1. Способ изготовления фотодетекторов мощного оптоволоконного СВЧ модуля, включающий создание на полупроводниковой подложке GaAs n-типа фоточувствительной области на основе эпитаксиальных структур GaAs/AlxGa1-xAs и широкозонного окна из AlxGa1-xAs, чувствительных к излучению на длине волны 810-860 нм, создание контактного слоя из GaAs р-типа, создание контактной площадки фронтального омического контакта на поверхности контактного слоя, создание сплошного тыльного омического контакта на тыльной поверхности подложки GaAs, отличающийся тем, что на фоточувствительной области формируют антиотражающее покрытие, создают шины фронтального омического контакта шириной 4-8 мкм, формируют меза-структуру вне контактной площадки и фоточувствительной области на расстоянии 1-5 мкм от контактной площадки, создают дополнительный фронтальный контакт вне меза-структуры на фронтальной поверхности полупроводниковой подложки, проводят монтаж фотодетекторов на керамической плате из AlN, выполняют монтаж керамической платы на теплоотводящем основании модуля, выполняют монтаж оптических волокон и корпусирование СВЧ модуля.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что шины фронтального омического контакта могут быть выполнены путем электрохимического осаждения трехслойного покрытия, состоящего из нижнего слоя из серебра толщиной (2-5) мкм, промежуточного слоя из никеля толщиной (0,1-0,2) мкм и верхнего слоя из золота толщиной (0,1-0,2) мкм.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018104232A RU2675408C1 (ru) | 2018-02-05 | 2018-02-05 | Способ изготовления фотодетекторов мощного оптоволоконного свч модуля |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018104232A RU2675408C1 (ru) | 2018-02-05 | 2018-02-05 | Способ изготовления фотодетекторов мощного оптоволоконного свч модуля |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2675408C1 true RU2675408C1 (ru) | 2018-12-19 |
Family
ID=64753432
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018104232A RU2675408C1 (ru) | 2018-02-05 | 2018-02-05 | Способ изготовления фотодетекторов мощного оптоволоконного свч модуля |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2675408C1 (ru) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5252852A (en) * | 1989-03-14 | 1993-10-12 | Fujitsu Limited | Semiconductor device having flip chip bonding pads matched with pin photodiodes in a symmetrical layout configuration |
| US5737818A (en) * | 1995-03-01 | 1998-04-14 | Texas Instrument Incorporated | Method for forming electrical contact to the optical coating of an infrared detector |
| RU2469438C1 (ru) * | 2011-06-16 | 2012-12-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Полупроводниковый фотодиод для инфракрасного излучения |
| US20140264275A1 (en) * | 2013-03-13 | 2014-09-18 | The Regents Of The University Of Michigan | Photodetectors based on double layer heterostructures |
| RU2547004C1 (ru) * | 2013-11-26 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НА ОСНОВЕ GaAs |
-
2018
- 2018-02-05 RU RU2018104232A patent/RU2675408C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5252852A (en) * | 1989-03-14 | 1993-10-12 | Fujitsu Limited | Semiconductor device having flip chip bonding pads matched with pin photodiodes in a symmetrical layout configuration |
| US5737818A (en) * | 1995-03-01 | 1998-04-14 | Texas Instrument Incorporated | Method for forming electrical contact to the optical coating of an infrared detector |
| RU2469438C1 (ru) * | 2011-06-16 | 2012-12-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Полупроводниковый фотодиод для инфракрасного излучения |
| US20140264275A1 (en) * | 2013-03-13 | 2014-09-18 | The Regents Of The University Of Michigan | Photodetectors based on double layer heterostructures |
| RU2547004C1 (ru) * | 2013-11-26 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НА ОСНОВЕ GaAs |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5674778A (en) | Method of manufacturing an optoelectronic circuit including heterojunction bipolar transistor, laser and photodetector | |
| US7053415B2 (en) | Closely-spaced VCSEL and photodetector for application requiring their independent operation | |
| US5491712A (en) | Integration of surface emitting laser and photodiode for monitoring power output of surface emitting laser | |
| US6037644A (en) | Semi-transparent monitor detector for surface emitting light emitting devices | |
| KR20230120563A (ko) | 3d 및 lidar 감지 모듈 | |
| US4948960A (en) | Dual mode light emitting diode/detector diode for optical fiber transmission lines | |
| KR102474696B1 (ko) | 반도체 소자 및 제조 방법 | |
| US7197203B2 (en) | Optical element, optical module, and optical transmission device | |
| JPH09293893A (ja) | 光半導体装置 | |
| JP2002504754A (ja) | 光送信機及び光受信機を有するコンポーネント | |
| JP4755341B2 (ja) | 高速前方照明ホトダイオードのための高度にドープされたｐ−型コンタクト | |
| EP1204148A2 (en) | Planar resonant cavity enhanced photodetector | |
| RU2469438C1 (ru) | Полупроводниковый фотодиод для инфракрасного излучения | |
| RU2675408C1 (ru) | Способ изготовления фотодетекторов мощного оптоволоконного свч модуля | |
| US20060039429A1 (en) | Device for bi-directional optical communication and method for fabricating the same | |
| US20230019783A1 (en) | Optical receiver comprising monolithically integrated photodiode and transimpedance amplifier | |
| GB2378069A (en) | Vertically integrated optical transmitter and receiver | |
| KR100701123B1 (ko) | 자가 발진 통신 모듈 | |
| Pauchard et al. | Infrared-sensitive InGaAs-on-Si pin photodetectors exhibiting high-power linearity | |
| TWI728694B (zh) | 混層複合式充電層累增崩潰光二極體 | |
| JPH09135049A (ja) | 表面発光レーザとそのパワー出力を監視するフォトダイオードとの集積化 | |
| Pauchard et al. | Wafer-bonded InGaAs/silicon avalanche photodiodes | |
| Goossen et al. | 1/spl times/12 VCSEL array with optical monitoring via flip-chip bonding | |
| JPS59149070A (ja) | 光検出器 | |
| Matsuo et al. | VCSEL-based smart pixels |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210520 Effective date: 20210520 |