RU2676221C1 - Способ изготовления импульсного фотодетектора - Google Patents
Способ изготовления импульсного фотодетектора Download PDFInfo
- Publication number
- RU2676221C1 RU2676221C1 RU2018106467A RU2018106467A RU2676221C1 RU 2676221 C1 RU2676221 C1 RU 2676221C1 RU 2018106467 A RU2018106467 A RU 2018106467A RU 2018106467 A RU2018106467 A RU 2018106467A RU 2676221 C1 RU2676221 C1 RU 2676221C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- gaas
- temperature
- growth
- beginning
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 13
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 50
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 21
- 238000004943 liquid phase epitaxy Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 28
- 239000010931 gold Substances 0.000 claims description 25
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 claims description 25
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims description 21
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 claims description 21
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 19
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 19
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 16
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 15
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 15
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 13
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 13
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 9
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 8
- 238000007738 vacuum evaporation Methods 0.000 claims description 8
- BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ta+5].[Ta+5] BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910001936 tantalum oxide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 4
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 claims description 3
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 claims description 2
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 8
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 8
- 206010034972 Photosensitivity reaction Diseases 0.000 abstract description 6
- 230000036211 photosensitivity Effects 0.000 abstract description 6
- 238000011161 development Methods 0.000 abstract description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 87
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 10
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N Tin Chemical compound [Sn] ATJFFYVFTNAWJD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 4
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 4
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 4
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 4
- 229910001020 Au alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 3
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 3
- 239000002360 explosive Substances 0.000 description 3
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 3
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 3
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 3
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-N Phosphine Chemical compound P XYFCBTPGUUZFHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- QZQVBEXLDFYHSR-UHFFFAOYSA-N gallium(iii) oxide Chemical compound O=[Ga]O[Ga]=O QZQVBEXLDFYHSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 2
- 239000003353 gold alloy Substances 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 150000002902 organometallic compounds Chemical class 0.000 description 2
- 238000005036 potential barrier Methods 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 2
- PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N tellurium atom Chemical compound [Te] PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 239000006117 anti-reflective coating Substances 0.000 description 1
- RBFQJDQYXXHULB-UHFFFAOYSA-N arsane Chemical compound [AsH3] RBFQJDQYXXHULB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000012943 hotmelt Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 229910000073 phosphorus hydride Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 231100000614 poison Toxicity 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 1
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 1
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 1
- 239000002341 toxic gas Substances 0.000 description 1
- 239000003440 toxic substance Substances 0.000 description 1
- 229910052725 zinc Inorganic materials 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
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
- Y02E10/544—Solar cells from Group III-V materials
-
- 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 относится к области разработки и изготовления фоточувствительных полупроводниковых приборов на основе GaAs. Способ изготовления мощного импульсного фотодетектора, работающего в фотовольтаическом режиме (с нулевым напряжением смещения), на основе GaAs включает последовательное выращивание методом жидкофазной эпитаксии на n-GaAs подложке слоя n-AlGaAs при х=0,10-0,15, слоя i-GaAs, слоя р-GaAs и слоя p-AlGaAs при х=0,2-0,3 в начале роста и при х=0,09-0,16 в приповерхностной области слоя. Изобретение обеспечивает возможность создания импульсного фотодетектора на основе GaAs, работающего в фотовольтаическом режиме (без смещения), с уменьшенной емкостью, повышенными быстродействием и фоточувствительностью, и тем самым увеличения кпд преобразования импульсов мощного лазерного излучения, модулированного в гигагерцовом диапазоне частот. 4 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 пр.
Description
Настоящее изобретение относится к области разработки и изготовления фоточувствительных полупроводниковых приборов на основе GaAs, в частности, к импульсным полупроводниковым сверхвысокочастотным (СВЧ) фотодетекторам (ФД), работающим в фотовольтаическом режиме (без смещения).
Разработкой СВЧ ФД для аналоговой оптоволоконной связи наиболее активно занимаются последние 20 лет научные коллективы из США, Японии и Тайваня. Одной из используемых и востребованных конструкций СВЧ ФД является p-i-n-структура с транспортом носителей одного заряда, как правило, электронами. Однако, для того, чтобы фотодетектор работал при нулевом смещении и удовлетворял требованию сохранения быстродействия при преобразовании импульсного мощного лазерного излучения, необходима дальнейшая оптимизация его конструкции.
Известен способ изготовления фотодетектора (см. патент US 7259439, МПК H01L 31/00, опубликован 21.08.2007), включающий последовательное формирование методом газофазной эпитаксии из металлорганических соединений (МОСГФЭ) на полуизолирующей подложке GaAs (с вытравленным микрорельефом по высоте подложки для исключения паразитной канализации излучения) слоя n-GaAs толщиной 0,5-2 мкм, слоя i-GaAs толщиной 0,5-5 мкм, слоя p-GaAs толщиной 0,005-0,002 мкм, создания омических контактов на лицевой поверхности ФД к n- и р-областям прибора поочередно и нанесения антиотражающего покрытия.
Недостатком известного способа является большое количество технологических операций, включающих предварительное прецизионное травление подложки для создания микрорельефа по высоте, формирование маски для селективного роста эпитаксиальных слоев с заданным рисунком, создание масок для осаждения контактов на лицевой стороне ФД поочередно к n- и p-областям прибора и другие. При осуществлении известного способа необходимо использовать токсичные газы (в частности арсин, фосфин и металлорганические соединения), особо чистые химические вещества, а также применять сложное и дорогостоящее оборудование.
Известен способ изготовления фотодетектора (см. заявка US 20050014321, МПК H01L 021/8238, опубликована 20.01.2005), включающий последовательное формирование методом МОСГФЭ на подложке GaAs буферного слоя GaAs толщиной 0,5 мкм, стоп-слоя AlxGa1-xAs с х>0,5 толщиной 1 мкм, поглощающего свет слоя GaAs толщиной 2 мкм, слоя широкозонного окна AlxGa1-xAs с х>0,3 толщиной 1 мкм, нанесения антиотражающего покрытия SiNx и слоя SiO2, которым выращенная структура присоединяется к стеклу методом сплавления при температуре 500-700°С, после этого удаляют подложку и стоп-слой, и формируют контакты.
Недостатком известного способа является технологически сложные операции удаления подложки, а также наличие операции сплавления структуры ФД к стеклу при температурах 500-700°С, что возможно влияет на перераспределение примесей в полученной структуре. При этом применяют дорогостоящий метод МОСГФЭ с использованием токсичных веществ.
Известен способ изготовления полупроводниковой p-i-n-структуры на основе соединений GaAs-AlGaAs методом жидкостной эпитаксии (см. патент РФ 2488911, МПК H01L 21/208, опубликован 27.07.2013), включающий последовательное выращивание в графитовой кассете прокачного типа на подложке p+-GaAs, легированной Zn, многослойной р-p-i-n-n+-структуры, состоящей из буферного p-слоя толщиной 5-25 мкм, слоев p-i-n-структуры толщиной до 90 мкм и контактного n+-слоя, при этом компонентные составы растворов-расплавов формируют в обезвоженной атмосфере путем предварительного введения в исходную шихту двух дополнительных твердых компонентов, представляющих собой диоксид кремния SiO2 и оксид галлия(III) с последующим нагревом этой многокомпонентной шихты до температуры начала эпитаксии и выдержкой при этой температуре заранее установленное время.
Недостатком известного способа является использование подложи GaAs p+-типа проводимости, легированной цинком, так как при температурах процесса 940-835°С коэффициент диффузии Zn достаточно высокий, следовательно, возникает необходимость выращивания достаточно толстого буферного слоя толщиной до 25 мкм, чтобы снизить вероятность загрязнения чистых слоев данной примесью. Другим недостатком известного способа является необходимость выращивания достаточно толстого (до 90 мкм) p-i-n-слоя, что приводит к снижению фоточувствительности. Кроме того, p-i-n-фотодиоды, полученные данной технологией, как правило, не используют для работы в фотовольтаическом режиме.
Известен способ изготовления импульсного фотодетектора на основе GaAs (см. патент RU 2547004, МПК H01L 31/18, опубликован 10.04.2015), совпадающий с настоящим техническим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип. Способ-прототип включает последовательное выращивание методом жидкофазной эпитаксии на подложке n-GaAs слоя n-GaAs, легированного оловом или теллуром, слоя n-GaAs, легированного оловом или теллуром, слоя p-GaAs, легированного магнием, и слоя p-AlxGa1-xAs, легированного магнием или германием, при х=0,3-0,4 в начале роста слоя и при х=0,10-0,15 в приповерхностной области слоя. Далее проводят осаждение тыльного контакта термическим вакуумным напылением, отжигают осажденный тыльный контакт в атмосфере водорода, осаждают через маску фоторезиста лицевой контакт термическим вакуумным испарением и отжигают осажденный лицевой контакт в атмосфере водорода, проводят металлизацию лицевого контакта гальваническим осаждением через маску из фоторезиста при одновременном осаждении золота на тыльную поверхность, осуществляют разделительное травление структуры через маску из фоторезиста на отдельные фотопреобразователи и наносят антиотражающее покрытие.
Недостатками способа-прототипа является недостаточно высокие значения квантовой эффективности и параметров быстродействия изготавливаемого прибора, что не позволяет применять такие преобразователи в качестве СВЧ фотодетекторов.
Задачей настоящего изобретения являлось создание такого способа изготовления импульсного фотодетектора на основе GaAs, работающего в фотовольтаическом режиме (без смещения), который бы позволил уменьшить емкость, повысить быстродействие и фоточувствительность фотодетекторов, тем самым увеличить КПД преобразования импульсов мощного лазерного излучения, модулированного в гигагерцовом диапазоне частот.
Поставленная задача решается тем, что способ изготовления импульсного фотодетектора на основе GaAs включает последовательное выращивание методом жидкофазной эпитаксии на подложке n-GaAs слоя n-AlxGa1-xAs при х=0,10-0,15, легированного оловом, слоя i-GaAs, слоя p-GaAs, легированного магнием, с концентрацией магния в расплаве 0,05-0,12 ат. %, и слоя p-AlxGa1-xAs, легированного магнием, с концентрацией магния в расплаве 0,05-0,12 ат. %, при х=0,2-0,3 в начале роста слоя и х=0,09-0,16 в приповерхностной области слоя. Далее проводят осаждение тыльного контакта термическим вакуумным напылением, отжиг осажденного тыльного контакта в атмосфере водорода, осаждение через маску фоторезиста лицевого контакта термическим вакуумным испарением и отжиг осажденного лицевого контакта в атмосфере водорода, металлизацию лицевого контакта гальваническим осаждением через маску из фоторезиста при одновременном осаждении золота на тыльную поверхность, осуществляют разделительное травление структуры через маску из фоторезиста на отдельные фотодетекторы и наносят антиотражающее покрытие.
Новым в настоящем способе является выращивание слоя i-GaAs, слоя тыльного потенциального барьера n-AlxGa1-xAs при х=0,10-0,15, управляемого формирования достаточно тонкого р-n перехода в GaAs толщиной 0,2-0,5 мкм.
Выращивание методом жидкофазной эпитаксии на подложке n-GaAs слоя n-AlxGa1-xAs при х=0,10-0,15, легированного оловом, является барьером для неосновных носителей заряда, таким образом, в данном ФД осуществляется транспорт только электронов, скорость которых на порядок выше, чем дырок, тем самым повышается быстродействие прибора.
Слой n-AlnGa1-xAs может иметь толщину 3-5 мкм.
Легирование магнием слоя p-AlxGa1-xAs, с концентрацией магния в расплаве 0,05-0,12 ат. %, обусловлено тем, что при концентрации магния в расплаве менее 0,05 ат. % уровень легирования слоя будет менее Np=5⋅1018 см-3, а при концентрации магния в расплаве более 0,12 ат. % морфология поверхности выращиваемой структуры ухудшается, а, следовательно, снижается фоточувствительность прибора.
Выбор магния обусловлен относительно малым удельным давлением его паров при температурах процесса 755-600°С и позволяет получать как достаточно тонкий p-n переход с контролируемой толщиной, например, 0,2-0,5 мкм, так и обеспечивает высокий уровень легирования слоев с концентрацией носителей тока Np=5⋅1018-2⋅1019 см-3, что, в свою очередь, дает низкое сопротивление растекания и возможность получения низкоомных контактов.
Изменение содержания AlAs в слое p-AlxGa1-xAs в твердой фазе от х=0,2-0,3 до 0,09-0,16 в процессе роста из одной жидкой фазы обеспечивает как пассивацию поверхности фотоактивного слоя (при х=0,2-0,3), так и возможность получения низкоомных контактов к поверхностному слою за счет высокого уровня легирования Np=5⋅1018-2⋅1019 см-3 структуры (при х=0,09-0,16), а также прозрачность этого слоя для падающего лазерного излучения в диапазоне длин волн 0,81-0,86 мкм, что дает возможность изготавливать фотодетекторы для преобразования импульсов мощного лазерного излучения.
Слой i-GaAs может быть выращен при температуре 710°С в начале роста слоя и при температуре 705°С в конце роста слоя толщиной 1-1,5 мкм с концентрацией примеси (1-5)⋅1016 см-3, что уменьшает емкость и повышает быстродействие фотодетектора.
Слой р-GaAs может быть выращен толщиной 0,2-0,5 мкм при температуре 705°С в начале роста слоя и температуре 700°С в конце роста слоя.
Слой p-AlxGa1-xAs может быть выращен толщиной 5-7 мкм с концентрацией носителей тока Np=5⋅1018-2⋅1019 при температуре 700°С в начале роста слоя и при температуре 600°С в конце роста слоя.
Тыльный контакт может быть получен последовательным напылением слоев: сплава золота с германием Au(Ge) и слоя золота Au. Отжиг осажденного тыльного контакта может быть проведен в атмосфере водорода при температуре 220-250°С.
Лицевой контакт может быть получен последовательным нанесением слоя хрома Cr и слоя золота Au. Отжиг осажденного лицевого контакта может быть проведен в атмосфере водорода при температуре 200-220°С.
Может быть проведена дополнительная металлизация лицевого контакта гальваническим осаждением металла через маску из фоторезиста при одновременном гальваническом осаждении металла на тыльную поверхность.
На лицевую поверхность подложки может быть нанесено антиотражающее покрытие, например, из слоя оксида тантала Ta2O5 для минимизации оптических потерь в диапазоне длин волн 0,81-0,86 мкм.
Ниже приведена последовательность операций настоящего способа:
Настоящий способ поясняется чертежами.
На фиг. 1 приведено поперечное сечение импульсного фотодетектора, изготовленного настоящим способом.
На фиг. 2 представлена спектральная фоточувствительность (SR) фотоактивной части поверхности импульсного фотодетектора (кривая 1) и значения коэффициента отражения (кривая 2) от поверхности ФД при использовании антиотражающего покрытия Та2О5.
На фиг. 3 представлена вольт-амперная характеристика импульсного фотодетектора, изготовленного настоящим способом.
На фиг. 4 показаны формы импульса фотоответа фотодетектора, изготовленного в соответствии с разработанным способом.
Импульсный фотодетектор содержит полупроводниковую подложку 1 из GaAs n-типа проводимости; слой 2 (слой тыльного потенциального барьера) из AlxGa1-xAs n-типа проводимости, слой 3 из i-GaAs, слой 4 из p-GaAs, эпитаксиальный слой 5 из AlxGa1-xAs р-типа проводимости; тыльный омический контакт 6; фронтальный омический контакт 7. На лицевую поверхность структуры нанесено антиотражающее покрытие 8 (из Ta2O5).
Настоящий способ изготовления фотодетектора на основе GaAs обычно проводят в кварцевом проточном реакторе в атмосфере очищенного водорода в графитовой кассете, например, поршневого типа. Подготавливают полупроводниковую подложку 1 из арсенида галлия n-типа проводимости. В качестве металла-растворителя используют галлий. Полупроводниковую подложку 1 приводят в контакт с расплавом. Выращивают посредством техники жидкофазной эпитаксии, слой 2 n-AlxGa1-xAs, легированный оловом, с содержанием AlAs в твердой фазе х=0,10-0,15 толщиной 3-5 мкм предпочтительно при температуре 755°С в начале роста слоя и при температуре 710°С в конце роста слоя. Слой 2 n-AlxGa1-xAs является барьером для неосновных носителей заряда и одновременно буферным слоем. Затем выращивают слой i-GaAs 3, например, толщиной 1-1,5 мкм с концентрацией примеси (1-5)⋅1016 см-3 при начальной температуре роста 710°С и конечной 705°С. Далее из следующего расплава выращивают слой 4 p-GaAs, легированный магнием, предпочтительно толщиной 0,2-0,5 мкм при температуре 705°С в начале роста слоя и при температуре 700°С в конце роста слоя. Из последнего расплава осуществляют рост слоя 5 p-AlGaAs, легированный магнием, толщиной 5-7 мкм с концентрацией носителей тока Np=5⋅1018-2⋅1019 см-3 при начальной температуре роста 700°С и конечной 600°С. Слой p-AlxGa1-xAs с содержанием AlAs в твердой фазе х=0,2-0,3 в начале роста слоя и х=0,09-0,16 в приповерхностной области слоя является одновременно пассивирующим покрытием, играет роль широкозонного окна и контактного слоя. Тыльный контакт 6 можно создавать последовательным напылением, например, слоя из сплава Au(Ge) и слоя Au. Отжиг осажденного тыльного контакта в атмосфере водорода предпочтительно проводить при температуре 220-250°С. Наносят на лицевую поверхность подложки маску из фоторезиста, соответствующую топологии лицевого контакта, через которую термическим вакуумным испарением создают лицевой контакт 7 последовательным нанесением, например, Cr и Au и удаляют фоторезист. Хром улучшает адгезию металлического контакта с полупроводником, золото снижает контактное сопротивление. Отжиг осажденного лицевого контакта в атмосфере водорода предпочтительно проводить при температуре 200-220°С. В случае недостаточной толщины созданных контактов возможно также дополнительно создание маски из фоторезиста посредством взрывной фотолитографии для гальванического осаждения золота с целью увеличения толщины лицевого и одновременно тыльного контактов, а также улучшения их омических свойств. Настоящим способом может быть одновременно изготовлено несколько фотодетекторов. В этом случае дополнительно проводят фотолитографию для создания соответствующего рисунка в маске фоторезиста с целью проведения разделительного травления структуры. На лицевую поверхность подложки можно наносить антиотражающее покрытие 8, например, из оксида тантала Та2О5 для минимизации оптических потерь фотодетектора. Завершающей операцией является резка структуры на отдельные приборы.
Пример 1. Процесс проводили в кварцевом проточном реакторе в атмосфере очищенного водорода в графитовой кассете поршневого типа. Выращивали на монокристаллической подложке арсенида галлия n-типа, методом жидкофазной эпитаксии (ЖФЭ) слой n-AlxGa1-xAs при х=0,1 толщиной 5 мкм, легированный оловом, при начальной температуре 755°С, понижая ее по мере роста слоя до 710°С. Затем из второго расплава выращивали при начальной температуре 710°С и конечной 705°С слой i-GaAs толщиной 1 мкм, из третьего расплава осуществляли рост p-GaAs, легированный магнием, с концентрацией Mg в расплаве 0,05 ат. %, толщиной 0,5 мкм, при начальной температуре роста 705°С и конечной 700°С, и из последнего расплава выращивали при начальной температуре роста 700°С и конечной 620°С слой p-AlxGa1-xAs толщиной 5 мкм, легированный магнием, с концентрацией Mg в расплаве 0,05 ат. %, с содержанием AlAs в твердой фазе х=0,3 в начале роста слоя и х=0,16 в приповерхностной области слоя с концентрацией носителей тока Np=5⋅1018 см-3. Далее осаждали тыльный контакт из сплава золота с германием Au(Ge) и слоя золота Au методом термического вакуумного испарения и отжигали его в атмосфере водорода при температуре 220°С. Создавали маску из фоторезиста посредством фотолитографии для формирования лицевого контакта, осаждали его методом термического вакуумного испарения последовательным нанесением Cr и Au, удаляли фоторезист с помощью техники взрывной фотолитографии и отжигали лицевой контакт в атмосфере водорода при температуре 200°С. Создавали маску из фоторезиста посредством фотолитографии для гальванического осаждения золота на лицевую поверхность и проводили это осаждение. Одновременно проводилось гальваническое осаждение золота на тыльную поверхность. Проводили процесс фотолитографии для создания рисунка в маске фоторезиста с целью разделительного травления структуры на отдельные фотодетекторы и осуществляли само травление. На светочувствительной поверхности структуры осаждали антиотражающее покрытие (Та2О5).
Пример 2. Выращивали на монокристаллической подложке n-GaAs, методом жидкофазной эпитаксии в кварцевом проточном реакторе в атмосфере очищенного водорода в графитовой кассете слой n-AlxGa1-xAs при х=0,15 толщиной 3 мкм, легированный оловом, при начальной температуре 755°С, понижая ее по мере роста слоя до 710°С. Затем из второго расплава выращивали при начальной температуре 710°С и конечной 705°С слой i-GaAs толщиной 1,5 мкм, из третьего расплава осуществляли рост p-GaAs, легированный магнием с концентрацией Mg в расплаве 0,12 ат. %, толщиной 0,2 мкм при начальной температуре роста 705°С и конечной 700°С и из последнего расплава выращивали слой p-AlxGa1-xAs толщиной 7 мкм при начальной температуре 700°С и конечной 600°С, легированный магнием с концентрацией Mg в расплаве 0,12 ат. %, с содержанием AlAs в твердой фазе х=0,2 в начале роста слоя и содержанием AlAs в твердой фазе х=0,09 в приповерхностной области слоя с концентрацией носителей тока Np=2⋅1019 см-3. Далее осаждали тыльный контакт из сплава золота с германием Au(Ge) и слоя золота Au методом термического вакуумного испарения и проводили его отжиг. Создавали маску из фоторезиста посредством фотолитографии для формирования лицевого контакта, осаждали его методом термического вакуумного испарения последовательным нанесением Cr и Au, удаляли фоторезист с помощью техники взрывной фотолитографии и отжигали лицевой контакт. Создавали маску из фоторезиста посредством фотолитографии для гальванического осаждения золота на лицевую поверхность и проводили это осаждение. Одновременно проводилось гальваническое осаждение золота на тыльную поверхность. Проводили процесс фотолитографии для создания рисунка в маске фоторезиста с целью разделительного травления структуры на отдельные приборы и осуществляли само травление. На светочувствительной поверхности структуры осаждали антиотражающее покрытие (из оксида тантала Та2О5).
Были сняты спектральная и вольт-амперная характеристики полученных фотодетекторов (фиг. 2 и фиг. 3). Вольт-амперная характеристика была измерена на образцах с диаметром фоточувствительной поверхности 250 мкм при интенсивности лазерного излучения 104 Вт/см2 (мощности лазерного излучения 58 мВт) при этом фактор заполнения вольт-амперной характеристики составил 81,1% и КПД=54,4%. Достигнуты высокие значения спектральной фоточувствительности (близкие к предельно возможным) и низкие значения коэффициента отражения при использовании антиотражающего покрытия из оксида тантала. Для определения быстродействия прибора возбуждение фотодетектора осуществлялось лазерными импульсами длительностью 10 пс (фиг. 4). В зависимости от мощности лазерного излучения длительность импульсов фотоответа (на уровне 50% от основания) находилась в диапазоне 0,1-0,2 нс. Это подтверждает возможность преобразования данных фотодетекторов импульсов лазерного излучения, модулированного в гигагерцовом диапазоне частот.
Высокие значения рабочих параметров полученных фотодетекторов свидетельствует о том, что заявленный способ позволяет изготавливать высокоэффективные фотодетекторы для преобразования импульсов лазерного излучения.
Claims (5)
1. Способ изготовления импульсного фотодетектора на основе GaAs, включающий последовательное выращивание методом жидкофазной эпитаксии на подложке n-GaAs слоя n-AlxGa1-xAs при х=0,10-0,15, легированного оловом, слоя i-GaAs, слоя p-GaAs, легированного магнием, с концентрацией магния в расплаве 0,05-0,12 ат. %, и слоя p-AlxGa1-xAs, легированного магнием, с концентрацией магния в расплаве 0,05-0,12 ат. %, при х=0,2-0,3 в начале роста слоя и х=0,09-0,16 в приповерхностной области слоя, осаждение тыльного контакта термическим вакуумным напылением, отжиг осажденного тыльного контакта в атмосфере водорода, осаждение через маску фоторезиста лицевого контакта термическим вакуумным испарением и отжиг осажденного лицевого контакта в атмосфере водорода, металлизацию лицевого контакта гальваническим осаждением через маску из фоторезиста при одновременном осаждении золота на тыльную поверхность, разделительное травление структуры через маску из фоторезиста на отдельные фотодетекторы и нанесение антиотражающего покрытия.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выращивают слой n-AlxGa1-xAs толщиной 3-5 мкм при температуре 755°C в начале роста слоя и при температуре 710°C в конце роста слоя.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выращивают слой i-GaAs толщиной 1,0-1,5 мкм с концентрацией фоновой примеси (1-5)⋅1016 см-3 при температуре 710°C в начале роста слоя и при температуре 705°C в конце роста слоя.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что слой p-GaAs выращивают толщиной 0,2-0,5 мкм при температуре 705°C в начале роста слоя и при температуре 700°C в конце роста слоя.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что антиотражающее покрытие выполняют из оксида тантала Ta2O5.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018106467A RU2676221C1 (ru) | 2018-02-21 | 2018-02-21 | Способ изготовления импульсного фотодетектора |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018106467A RU2676221C1 (ru) | 2018-02-21 | 2018-02-21 | Способ изготовления импульсного фотодетектора |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2676221C1 true RU2676221C1 (ru) | 2018-12-26 |
Family
ID=64753762
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018106467A RU2676221C1 (ru) | 2018-02-21 | 2018-02-21 | Способ изготовления импульсного фотодетектора |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2676221C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2727124C1 (ru) * | 2020-02-05 | 2020-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "МеГа Эпитех" | Способ получения низколегированного слоя GaAs методом жидкофазной эпитаксии |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2065644C1 (ru) * | 1994-06-14 | 1996-08-20 | Институт физики полупроводников СО РАН | Способ изготовления фотоприемного элемента на основе многослойных гетероструктур ga as/al ga as |
| US20050173712A1 (en) * | 2001-12-27 | 2005-08-11 | Kazutoshi Nakajima | Semiconductor photodetector and its production method |
| 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 |
| RU2607734C1 (ru) * | 2015-10-27 | 2017-01-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОТОЭЛЕМЕНТА НА ОСНОВЕ GaAs |
-
2018
- 2018-02-21 RU RU2018106467A patent/RU2676221C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2065644C1 (ru) * | 1994-06-14 | 1996-08-20 | Институт физики полупроводников СО РАН | Способ изготовления фотоприемного элемента на основе многослойных гетероструктур ga as/al ga as |
| US20050173712A1 (en) * | 2001-12-27 | 2005-08-11 | Kazutoshi Nakajima | Semiconductor photodetector and its production method |
| 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 |
| RU2607734C1 (ru) * | 2015-10-27 | 2017-01-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОТОЭЛЕМЕНТА НА ОСНОВЕ GaAs |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2727124C1 (ru) * | 2020-02-05 | 2020-07-20 | Общество с ограниченной ответственностью "МеГа Эпитех" | Способ получения низколегированного слоя GaAs методом жидкофазной эпитаксии |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6429463B1 (en) | Semiconductor device structures incorporating “buried” mirrors and/or “buried” metal electrodes and a process for their fabrication | |
| CN106098836B (zh) | 通讯用雪崩光电二极管及其制备方法 | |
| US4818337A (en) | Thin active-layer solar cell with multiple internal reflections | |
| RU2547004C1 (ru) | СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НА ОСНОВЕ GaAs | |
| CN106784123B (zh) | 单行载流子光电探测器及其制作方法 | |
| US4227941A (en) | Shallow-homojunction solar cells | |
| JP2010118666A (ja) | 反転変性多接合太陽電池の代替基板 | |
| JP2015073130A (ja) | ２つの変性層を備えた４接合型反転変性多接合太陽電池 | |
| CN102361046B (zh) | AlGaN基MSM结构日盲型紫外探测器及其制备方法 | |
| US5780916A (en) | Asymmetric contacted metal-semiconductor-metal photodetectors | |
| TW201251079A (en) | Photon recycling in an optoelectronic device | |
| RU2528277C1 (ru) | СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КАСКАДНЫХ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ОСНОВЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ СТРУКТУРЫ Galnp/Galnas/Ge | |
| US4248675A (en) | Method of forming electrical contact and antireflection layer on solar cells | |
| US10957808B2 (en) | Flexible double-junction solar cell | |
| RU2354009C1 (ru) | Способ изготовления фотоэлектрических преобразователей на основе многослойной структуры | |
| CN106876504A (zh) | 一种ZnO基p‑i‑n结构紫外探测器及其制备方法 | |
| CN111403505A (zh) | 一种双极型可见光探测器及其制备方法 | |
| CN109273561A (zh) | 一种msm光电探测器的制备方法 | |
| JP2007115916A (ja) | 化合物太陽電池及び製造方法 | |
| RU2676221C1 (ru) | Способ изготовления импульсного фотодетектора | |
| WO2016108023A1 (fr) | Procédé de fabrication de nanofils ou de microfils semiconducteurs a pieds isoles | |
| RU2368038C1 (ru) | Способ изготовления чипов многослойных фотопреобразователей | |
| RU2469438C1 (ru) | Полупроводниковый фотодиод для инфракрасного излучения | |
| RU2575972C1 (ru) | СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НА ОСНОВЕ GaSb | |
| US20120199188A1 (en) | Metal contact formation and window etch stop for photovoltaic devices |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210520 Effective date: 20210520 |