RU2689973C1 - Method of making photodetector multielement matrices - Google Patents
Method of making photodetector multielement matrices Download PDFInfo
- Publication number
- RU2689973C1 RU2689973C1 RU2018133870A RU2018133870A RU2689973C1 RU 2689973 C1 RU2689973 C1 RU 2689973C1 RU 2018133870 A RU2018133870 A RU 2018133870A RU 2018133870 A RU2018133870 A RU 2018133870A RU 2689973 C1 RU2689973 C1 RU 2689973C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plate
- photodiodes
- photodetectors
- homogeneous
- matrices
- Prior art date
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 6
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims abstract description 26
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000002346 layers by function Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000003491 array Methods 0.000 claims description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 claims description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims 1
- 238000009501 film coating Methods 0.000 claims 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 abstract description 12
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 2
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 abstract 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 2
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- MSNOMDLPLDYDME-UHFFFAOYSA-N gold nickel Chemical compound [Ni].[Au] MSNOMDLPLDYDME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 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
- H01L31/1848—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 comprising nitride compounds, e.g. InGaN, InGaAlN
-
- 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
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии изготовления многоэлементных матриц фотоприемников на пластине с тонкими функциональными слоями, отличающимися по химическому составу и формирующими р-n переход по всей площади пластины, на поглощающем слое из однородного полупроводникового материала, обеспечивающего фотоэлектрическое преобразование излучения в заданном диапазоне длин волн, и может использоваться для создания матричных фотоприемников (МФП) различного назначения. Примером такой исходной пластины с р-n переходом по всей площади является многослойная гетероэпитаксиальная структура, выращенная на подложке InP с параметрами слоев, представленными в таблице.The invention relates to the technology of manufacturing multi-element arrays of photodetectors on a plate with thin functional layers that differ in chemical composition and form a pn junction across the entire area of the plate on the absorbing layer of a homogeneous semiconductor material that provides photoelectric conversion of radiation in a given wavelength range, and can used to create a matrix photodetector (MFP) for various purposes. An example of such an initial plate with a pn junction over the entire area is a multilayer heteroepitaxial structure grown on an InP substrate with the layer parameters presented in the table.
На фиг. 1 представлено схематическое изображение фрагмента матрицы, изготовленной по меза-планарной технологии. На сильно легированном слое p++-In0,53Ga0,47As фотолитографией и напылением никель-золото получают омические контакты, толщина металла составляет 0,18-0,22 мкм. Особенно ответственным процессом в меза-планарной технологии является процесс жидкостного травления меза-элементов фотодиодной матрицы по фоторезистивной маске. Сложность операции состоит в необходимости прецизионного жидкостного травления слоев гетероэпитаксиальной структуры разного химического состава (In0,53Ga0,47As-Al0,48In0,52As) - на глубину около 200 нм на пластине диаметром 50,8 мм, обеспечивающей разделение фоточувствительной структуры большой площади на отдельные фотодиоды, составляющие массив элементов выбранного формата матриц, умещающихся на пластине. На двухдюймовой пластине можно разместить 12 матриц форматов 640×512 с шагом 15 мкм или 320×256 с шагом 30 мкм.FIG. 1 is a schematic representation of a fragment of a matrix made by mesa-planar technology. On a heavily doped layer of p ++ - In 0.53 Ga 0.47 As, photolithography and sputtering of nickel-gold receive ohmic contacts, the thickness of the metal is 0.18-0.22 μm. A particularly crucial process in the mesa-planar technology is the process of liquid etching of the mesa-elements of the photodiode array using a photoresistive mask. The complexity of the operation is the need for precision liquid etching of layers of heteroepitaxial structures of different chemical composition (In 0.53 Ga 0.47 As-Al 0.48 In 0.52 As) - to a depth of about 200 nm on a plate with a diameter of 50.8 mm, providing the division of the photosensitive structure of a large area into individual photodiodes that make up an array of elements of a selected matrix format that fit on the plate. On a two-inch plate, you can place 12 matrixes of 640 × 512 formats with a pitch of 15 μm or 320 × 256 with a pitch of 30 μm.
С другой стороны, следует учитывать (при выполнении операции травления мезы) возможное отклонение при выращивании гетероэпитаксиальной структуры по толщине, указанной в сертификате на купленную пластину.On the other hand, one should take into account (when performing the mesa etching operation) the possible deviation in the growth of the heteroepitaxial structure in thickness, indicated in the certificate for the purchased plate.
В такой ситуации предъявляются повышенные требования контроля глубины травления гетероэпитаксиальных p-i-n-структур, из-за возможного недотравливания или перетравливания функциональных слоев. Недотравливание верхнего контактного чревато повышенной взаимосвязью элементов матрицы, а стравливание барьерного и пассивирующего слоя Al0,48In0,52As создает условия нестабильности состояния поверхности между элементами, что, в свою очередь, приводит к большой дисперсии значений темновых токов элементов матриц.In such a situation, there are increased requirements to control the depth of etching of heteroepitaxial pin-structures, due to possible under-etching or over-etching of the functional layers. The under-etching of the upper contact is fraught with an increased interconnection of matrix elements, and the etching of the barrier and passive Al 0.48 In 0.52 As layers creates conditions for the surface state to be unstable between the elements, which in turn leads to a large dispersion of the dark currents of the matrix elements.
Известен способ изготовления фотоприемников на таких структурах, описанный в статье [Mesa-isolated InGaAs photodetectors with low dark current J. F. Klem, J. K. Kim, M. J. Cich, G. A. Keeler, S. D. Hawkins, and T. R. Fortune. APPLIED PHYSICS LETTERS 95, 031112 (2009)], в котором авторы предлагают обеспечивать формирование отдельных фотодиодов жидкостным травлением в растворе на основе фосфорной кислоты: Н3РО4: Н2О2: Н2О (1:4:45) в течение 28 секунд, обеспечивающий травление меза-элементов на глубину до половины барьерного и пассивирующего слоя Al0,48In0,52As.A known method of manufacturing photodetectors on such structures is described in the article [Mesa-isolated InGaAs photodetectors with low dark current JF Klem, JK Kim, MJ Cich, GA Keeler, SD Hawkins, and TR Fortune. APPLIED PHYSICS LETTERS 95, 031112 (2009)], in which the authors propose to ensure the formation of individual photodiodes by liquid etching in a solution based on phosphoric acid: H 3 PO 4 : H 2 O 2 : H 2 O (1: 4: 45) for 28 seconds, providing etching of mesa-elements to a depth of half of the barrier and passivating layer of Al 0.48 In 0.52 As.
Однако проведенные нами исследования показали невоспроизводимость результатов получения матриц с однородными параметрами фотодиодов на пластине, что является следствием травления элементов на недостаточную глубину. На фиг. 2 представлены вольтамперные характеристики элементов матриц, расположенных на краях и в центре пластины диаметром 50,8 мм, измеренные после первого травления мезы длительностью 28 сек. 1-4,5х в темноте и 5° при освещении потоком излучения 
Как видно из вольтамперных характеристик, представленных на фиг. 2, темновой ток элементов матриц ФЧЭ, измеренный после первого промежуточного травления, уменьшается в соответствии с увеличением глубины травления. Наименьший ток 2-10 нА при напряжении смещения -1В наблюдается у элементов матриц на краю пластины, при глубине травления 140 нм, что более чем на порядок превышает среднее значение темнового тока фотодиодов матриц, сформированных травлением на необходимую (более толщины слоев р++-р In0,53Ga0,47As) глубину. Для пластины V-2463 эта величина по данным сертификата составляет 160 нм. Время, необходимое для полного стравливания этого слоя по всей пластине, составит (160-110) нм / 5 нм /сек=10 сек.As can be seen from the current-voltage characteristics shown in FIG. 2, the dark current of the elements of the matrix of the PSE, measured after the first intermediate etching, decreases in accordance with the increase in the etching depth. The smallest current is 2-10 nA at a bias voltage of -1V for matrix elements at the plate edge, with an etching depth of 140 nm, which is more than an order of magnitude higher than the average dark current of the matrix photodiodes formed by etching by the required (more thickness of p + + - p In 0.53 Ga 0.47 As) depth. For plate V-2463, this value according to the certificate is 160 nm. The time required for complete etching of this layer over the entire plate will be (160-110) nm / 5 nm / s = 10 sec.
На фиг. 3 показано изменение глубины мезы при увеличении длительности травления двух элементов матрицы ФЧЭ. Замедление скорости травления n-B-р ГЭС на временном промежутке 30-50 сек, как установлено из проведенных нами исследований (см. фиг. 3), позволяет выполнить дополнительное травление на необходимую глубину, сохраняя при этом достаточную толщину пассивирующего слоя AlGaAs.FIG. 3 shows the change in the mesa depth with an increase in the duration of etching of two elements of the matrix of the PSE. The slowing down of the etching rate of the n-B-p hydroelectric station in a time interval of 30-50 seconds, as established from our studies (see Fig. 3), allows for additional etching to the required depth, while maintaining a sufficient thickness of the AlGaAs passivating layer.
Задачей изобретения является: разработка способа прецизионного жидкостного травления слоев гетероэпитаксиальной структуры разного химического состава (например, In0,53Ga0,47As-Al0,48In0,52As) - на неопределенную глубину, обеспечивающего разделение фоточувствительной структуры большой площади на отдельные с однородными параметрами фотодиоды, составляющие массив элементов выбранного формата матриц, умещающихся на пластине.The objective of the invention is: development of a method of precision liquid etching of layers of heteroepitaxial structures of different chemical composition (for example, In 0.53 Ga 0.47 As-Al 0.48 In 0.52 As) - to an indefinite depth, ensuring the separation of the photosensitive structure of a large area on separate photodiodes with homogeneous parameters that make up an array of elements of the selected matrix format that fit on the plate.
Задача решается тем, что в предлагаемом способе изготовления многоэлементных матриц фотоприемников на пластине с тонкими функциональными слоями, отличающимися по химическому составу и формирующими р-n переход по всей площади пластины на поглощающем слое из однородного полупроводникового материала, обеспечивающего фотоэлектрическое преобразование излучения в заданном диапазоне длин волн, окончание процесса жидкостного травления на достаточную глубину промежутков, создающих границы отдельных элементов (фотодиодов) с однородными параметрами фотодиодов на пластине, определяется по установленной величине фототока отдельных тестовых фотодиодов, расположенных в центре и на краях пластины и освещаемых установленным потоком излучения, соответствующего спектральному диапазону чувствительности поглощающего слоя из однородного полупроводникового материала.The task is solved by the fact that in the proposed method of manufacturing multi-element arrays of photodetectors on a plate with thin functional layers differing in chemical composition and forming a pn transition over the entire area of the plate on the absorbing layer of a uniform semiconductor material, providing photoelectric conversion of radiation in a given wavelength range , the end of the process of liquid etching at a sufficient depth of the gaps, creating the boundaries of individual elements (photodiodes) with uniform pa ametrami photodiodes on the plate is determined by the set value of the photocurrent individual test photodiodes disposed at the center and edges of the plate set and illuminated radiation flux corresponding to the spectral range of sensitivity of the absorbing layer of a homogeneous semiconductor material.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018133870A RU2689973C1 (en) | 2018-09-26 | 2018-09-26 | Method of making photodetector multielement matrices |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018133870A RU2689973C1 (en) | 2018-09-26 | 2018-09-26 | Method of making photodetector multielement matrices |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2689973C1 true RU2689973C1 (en) | 2019-05-29 |
Family
ID=67037628
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018133870A RU2689973C1 (en) | 2018-09-26 | 2018-09-26 | Method of making photodetector multielement matrices |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2689973C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6465344B1 (en) * | 2001-03-09 | 2002-10-15 | Indigo Systems Corporation | Crystal thinning method for improved yield and reliability |
| RU2536110C1 (en) * | 2013-07-08 | 2014-12-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик-Министерство промышленности и торговли Российской Федерации | METHOD OF PRODUCING PHOTODETECTORS BASED ON EPITAXIAL GaN/AlGaN p-i-n STRUCTURES |
| RU2573714C1 (en) * | 2014-10-20 | 2016-01-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик-Министерство промышленности и торговли Российской Федерации | Method of making photodetector array |
| KR20170127938A (en) * | 2016-05-13 | 2017-11-22 | 국방과학연구소 | Mesa-type photodiode and manufacturing method thereof |
-
2018
- 2018-09-26 RU RU2018133870A patent/RU2689973C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6465344B1 (en) * | 2001-03-09 | 2002-10-15 | Indigo Systems Corporation | Crystal thinning method for improved yield and reliability |
| RU2536110C1 (en) * | 2013-07-08 | 2014-12-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик-Министерство промышленности и торговли Российской Федерации | METHOD OF PRODUCING PHOTODETECTORS BASED ON EPITAXIAL GaN/AlGaN p-i-n STRUCTURES |
| RU2573714C1 (en) * | 2014-10-20 | 2016-01-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик-Министерство промышленности и торговли Российской Федерации | Method of making photodetector array |
| KR20170127938A (en) * | 2016-05-13 | 2017-11-22 | 국방과학연구소 | Mesa-type photodiode and manufacturing method thereof |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| J. F. Klem, J. K. et al, Mesa-isolated InGaAs photodetectors with low dark current. APPLIED PHYSICS LETTERS, V.95, Is. 3, id. 031112 (2009). * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10700225B2 (en) | Microstructure enhanced absorption photosensitive devices | |
| EP0771475B1 (en) | Radiation-sensitive detector element | |
| US4879250A (en) | Method of making a monolithic interleaved LED/PIN photodetector array | |
| JP7429084B2 (en) | Microstructure-enhanced absorption photosensitive device | |
| WO2014048988A1 (en) | Method for producing an optoelectronic component | |
| US5055894A (en) | Monolithic interleaved LED/PIN photodetector array | |
| JP6364830B2 (en) | Semiconductor optical integrated device | |
| JP2010050417A (en) | Light-receiving element array, method of manufacturing the same, and detecting device | |
| JPH08242016A (en) | Manufacture of photodiode | |
| DE112014004665T5 (en) | Double-pass photodiode with embedded reflector | |
| DE60004137T2 (en) | Manufacturing process for a surface-coupled InGaAs photodetector | |
| JP6542732B2 (en) | Evaluation method of light receiving element and element for evaluation | |
| JP5746222B2 (en) | Opto-electronic devices | |
| RU2689973C1 (en) | Method of making photodetector multielement matrices | |
| EP0317024A1 (en) | Production method of an integrated infrared-photodetector | |
| JPS6058686A (en) | Photodetector and method of producing same | |
| DE60210168T2 (en) | Integration Amorphous silicon transmission and reception structures fabricated with GaAs or InP devices | |
| EP1705716A1 (en) | Semiconductor photodetector and method for making the same | |
| JP4719763B2 (en) | Manufacturing method of receiver | |
| JP4137568B2 (en) | Receiver | |
| DE102021109152A1 (en) | TEMPERATURE-INSENSITIVE OPTICAL RECEIVER | |
| DE19838430A1 (en) | Photodetector array, especially a photodiode array, is produced by forming a common electrode on the radiation incident back face to avoid radiation shadowing by front face wiring of individual electrodes | |
| KR20090056934A (en) | Photodetector and method for manufacturing photodetector | |
| KR100798052B1 (en) | Fabrication method of UV photodetector | |
| JP2645460B2 (en) | Manufacturing method of light receiving element |