RU2726903C1 - Способ изготовления фотодиодов средневолнового ик-диапазона спектра - Google Patents
Способ изготовления фотодиодов средневолнового ик-диапазона спектра Download PDFInfo
- Publication number
- RU2726903C1 RU2726903C1 RU2019137271A RU2019137271A RU2726903C1 RU 2726903 C1 RU2726903 C1 RU 2726903C1 RU 2019137271 A RU2019137271 A RU 2019137271A RU 2019137271 A RU2019137271 A RU 2019137271A RU 2726903 C1 RU2726903 C1 RU 2726903C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- substrate
- heterostructure
- photodiodes
- inas
- photosensitive material
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 29
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 12
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 title abstract description 5
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 44
- 229910000673 Indium arsenide Inorganic materials 0.000 claims abstract description 26
- RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N indium arsenide Chemical compound [In]#[As] RPQDHPTXJYYUPQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 23
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 16
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 claims abstract description 14
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 13
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims abstract description 5
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims description 18
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 8
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 8
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 7
- 238000011161 development Methods 0.000 claims description 6
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims description 5
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims 1
- 206010034972 Photosensitivity reaction Diseases 0.000 abstract description 8
- 230000036211 photosensitivity Effects 0.000 abstract description 8
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 7
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 5
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 abstract description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 13
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 7
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 229910005542 GaSb Inorganic materials 0.000 description 2
- MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N Hydrogen peroxide Chemical compound OO MHAJPDPJQMAIIY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 2
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 238000001771 vacuum deposition Methods 0.000 description 2
- 229910001020 Au alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910017401 Au—Ge Inorganic materials 0.000 description 1
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical class O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 238000004070 electrodeposition Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 238000007730 finishing process Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229930195733 hydrocarbon Natural products 0.000 description 1
- 150000002430 hydrocarbons Chemical class 0.000 description 1
- 238000010884 ion-beam technique Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000004943 liquid phase epitaxy Methods 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 230000008520 organization Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 238000005382 thermal cycling Methods 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/184—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP
- H01L31/1844—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof the active layers comprising only AIIIBV compounds, e.g. GaAs, InP comprising ternary or quaternary compounds, e.g. Ga Al As, In Ga As P
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 оптоэлектронной технике, а именно к способам изготовления полупроводниковых приборов, предназначенных для детектирования инфракрасного (ИК) излучения при комнатной или иной рабочей температуре. Способ изготовления фотодиодов (ФД) средневолнового ИК-диапазона спектра включает выращивание на подложке из арсенида индия твердого раствора InAsSbPи разделенные р-n-переходом слои р- и n-типа проводимости, нанесение на поверхность гетероструктуры фоточувствительного материала, экспонирование через маску с системой темных и светлых полей, проявление, удаление, по крайней мере, части фоточувствительного материала, подложки и эпитаксиальной структуры при формировании мез(ы), подготовку поверхности для формирования омических контактов, напыление на поверхность слоев и/или подложки металлических композиций заданной геометрии. Способ включает также финальную стадию процесса удаления подложки или ее части при химическом травлении в водном растворе соляной кислоты после монтажа гетероструктуры на контактную плату. Изобретение обеспечивает возможность получения многоэлементных ФД, например, двумерных матриц ФД, одновременно с широким спектром фоточувствительности и оптически и электрически развязанными элементами. 11 ил, 1 пр.
Description
Изобретение относится к оптоэлектронной технике, а именно, к полупроводниковым приборам, предназначенным для детектирования инфракрасного (ИК) излучения при комнатной или иной рабочей температуре. Имеется обширная область оптического приборостроения, где средневолновые источники и приемники излучения, например, фотодиоды (ФД), имеющие рабочую полосу близи 3.4 мкм, могут оказаться незаменимыми для целого класса устройств, измеряющих характеристики сред, содержащих газообразные углеводороды, и для волоконно-оптических датчиков, измеряющих состав жидкости по методу исчезающей волны, для которых указанная полоса совпадает с максимумом фундаментального поглощения измеряемого компонента, например, спирта или нефтепродуктов [1, 2, 3].
Известен способ изготовления диодов средневолнового ИК-диапазона спектра, включающий изготовление на подложке из n-GaSb с помощью молекулярно-лучевой эпитаксии многослойной эпитаксиальной гетероструктуры AlGaAsSb/AlInGaAsSb/GaInAsSb/AlInGaAsSb/…/AlGaAsSb/p-GaSb, содержащей разделенные р-n переходом эпитаксиальные р- и n-области, из которых оптически активными в рабочем диапазоне длин волн 3.8 мкм, являются четыре квантовых ямы GaInAsSb, подготовку поверхности для формирования омических контактов, формирование омических контактов заданной геометрии путем напыления в вакууме слоев, содержащих атомы Ti, Pt, Au, травление разделительных мез в смесях C4H4KNaO6:HCl:Н2О2:Н2О и С6Н8О7:H2O2 и разделительных канавок, утонение подложки, разделение гетероструктуры на чипы и монтаж чипов в корпус с токоподводящими элементами [4]. Предложенный в [4] способ позволил получить матричные светодиоды (СД), яркостная температура которых при токе 0.6 А на длине волны 3.66 мкм составляла 825 и 1350 К при Т=300 К и Т=100 К соответственно.
Известен способ изготовления диодов средневолнового ИК-диапазона спектра, включающий изготовление на подложке из n-InAs методом жидкофазной эпитаксии многослойной эпитаксиальной гетероструктуры, содержащей разделенные р-n переходом эпитаксиальные р- и n-области из твердого раствора InAsSb(P), в которых область n-типа проводимости является оптически активной в диапазоне длин волн 4.2-4.8 мкм, подготовку поверхности для формирования омических контактов, формирование омических контактов заданной геометрии, содержащих сплавы Au-Ge и Cr-Au, травление разделительных мез в смеси H2O2 и HNO3 (5:3), разделение гетероструктуры на чипы и монтаж чипов с торцевым выводом излучения в корпус с токоподводящими элементами [5]. Определить достоинство данного способа весьма затруднительно, поскольку заявленные в [5] параметры мощности СД основаны на использовании в качестве эталона «светодиода, изготовленного в Физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе (ФТИ)». В ФТИ, как известно, сосуществуют несколько независимых разработчиков и производителей СД и ФД с кардинально различающимися представлениями об эталонах и методах измерения мощности излучения (см., например, обсуждение вопроса об измерении мощности излучения в работе [6]).
Известен способ изготовления фотодиодов средневолнового ИК-диапазона спектра, включающий выращивание на подложке из арсенида индия многослойной гетероструктуры, содержащей, по крайней мере, один слой твердого раствора InAs1-x-ySbxPy и разделенные р-n-переходом слои р- и n-типа проводимости, по крайней мере один из которых, выполнен с высокой поглощательной способностью в рабочем диапазоне спектра, нанесение на поверхность гетероструктуры фоточувствительного материала, экспонирование через маску с системой темных и светлых полей, проявление, удаление, по крайней мере, части фоточувствительного материала, подложки и эпитаксиальной структуры при формировании, по крайней мере, одной мезы, подготовку поверхности для формирования омических контактов, напыление на поверхность слоев и/или подложки металлических композиций заданной геометрии и процесс удаления («утоньшения») подложки или ее части посредством шлифования [7].
Недостатком способа, описанного в [7] невозможность получения небольшой толщины структуры вблизи от активной области, поскольку механическое воздействие (шлифование) предполагает высокую вероятность разрушения структуры из-за высокой хрупкости полупроводников А3В5. В результате невозможно существенно снизить поглощение в подложке при прохождении излучения в направлении активной области, т.е. невозможно добиться высоких эксплуатационных параметров СД и ФД.
Известен способ изготовления фотодиодов средневолнового ИК-диапазона спектра, включающий выращивание на подложке из арсенида индия многослойной гетероструктуры, содержащей, по крайней мере, один слой твердого раствора InAs1-x-ySbxPy и разделенные р-n-переходом слои р- и n-типа проводимости, по крайней мере один из которых, выполнен с высокой поглощательной способностью в рабочем диапазоне спектра, нанесение на поверхность гетероструктуры фоточувствительного материала, экспонирование через маску с системой темных и светлых полей, проявление, удаление, по крайней мере, части фоточувствительного материала, подложки и эпитаксиальной структуры при формировании, по крайней мере, одной мезы, подготовку поверхности для формирования омических контактов, напыление на поверхность слоев и/или подложки металлических композиций заданной геометрии, в котором, по крайней мере, финальную стадию процесса удаления подложки или ее части осуществляют при химическом травлении в смеси перекиси водорода, соляной и азотной кислот [8].
Недостатком известного из [8] способа является высокая вероятность разрушения структуры при попытках получения тонких областей структур вблизи от активной зоны СД/ФД. Это обусловлено низкой избирательностью (селективностью) травителя к химическому составу полупроводника, которая ведет к невозможности точного контроля за процессом удаления подложки при ее малых толщинах. Кроме того, получаемая при частичном удалении подложки поверхность InAs является «сглаженной», т.е. не обладающей свойствами поверхности с низким коэффициентом отражения, что снижает эффективность СД и ФД, имеющих, например, конструкцию «флип-чип».
Наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ изготовления фотодиодов средневолнового ИК-диапазона спектра, включающий выращивание на подложке из арсенида индия многослойной гетероструктуры, содержащей, по крайней мере, один слой твердого раствора InAs1-x-ySbxPy и разделенные р-n переходом слои р- и n-типа проводимости, по крайней мере, один из которых, выполнен с высокой поглощательной способностью в рабочем диапазоне спектра, нанесение на поверхность гетероструктуры фоточувствительного материала, экспонирование через маску с системой темных и светлых полей, проявление, удаление, по крайней мере, части фоточувствительного материала с помощью органического растворителя, части эпитаксиальной структуры при формировании, по крайней мере, одной мезы, а также удаление упомянутой подложки или ее части при химическом травлении в водном растворе соляной кислоты, подготовку поверхности для формирования омических контактов, напыление на поверхность гетероструктуры металлических композиций заданной геометрии и монтаж фотодиодов на контактную плату с металлическими площадками для подсоединения проводников [9].
Недостаток известного способа состоит в том, что он не позволяет получать многоэлементные ФД, например, двумерные матрицы ФД, одновременно с широким спектром фоточувствительности и оптически и электрически развязанными элементами.
Указанные выше недостатки вызваны тем, что заявленный в [9] способ предполагает изготовление достаточно высоких мез травления, а именно, мез с высотой, превышающей суммарную толщину эпитаксиальных слоев, расположенных между поверхностью гетероструктуры и близлежащим к подложке слоем твердого раствора InAs1-x-ySbxPy (см. фиг. 2, фиг. 7 в работе [9]). Это приводит к тому, что при последующей операции полного удаления подложки с поверхности гетероструктуры, необходимой, как для получения широкой спектральной полосы фоточувствительности (см., например, [10]), так и для разделения структуры на отдельные элементы матрицы, не связанные друг с другом ни оптически, ни электрически, неизбежно обнажаются боковые поверхности мез. При этом неизбежно на определенных этапах происходит химическое травление как подложки, так и мез. В результате мезы либо уничтожаются, либо сильно уменьшаются в поперечных размерах, что приводит к неэффективной работе матрицы ФД, например, из-за низкого фактора заполнения.
Задачей изобретения является обеспечение возможности получения многоэлементных ФД, например, двумерных матриц ФД, одновременно с широким спектром фоточувствительности и оптически и электрически развязанными элементами.
Задача решается тем, что в способе изготовления фотодиодов средневолнового ИК-диапазона спектра, включающем выращивание на подложке из арсенида индия многослойной гетероструктуры, содержащей, по крайней мере, один слой твердого раствора InAs1-x-ySbxPy и разделенные р-n-переходом слои р- и n-типа проводимости, по крайней мере, один из которых, выполнен с высокой поглощательной способностью в рабочем диапазоне спектра, нанесение на поверхность гетероструктуры фоточувствительного материала, экспонирование через маску с системой темных и светлых полей, проявление, удаление, по крайней мере, части фоточувствительного материала с помощью органического растворителя, части эпитаксиальной структуры при формировании, по крайней мере, одной мезы, а также удаление упомянутой подложки или ее части при химическом травлении в водном растворе соляной кислоты, подготовку поверхности для формирования омических контактов, напыление на поверхность гетероструктуры металлических композиций заданной геометрии и монтаж фотодиодов на контактную плату с металлическими площадками для подсоединения проводников, мезы формируют с высотой, не превышающей суммарную толщину эпитаксиальных слоев, расположенных между поверхностью гетероструктуры и близлежащим к подложке слоем твердого раствора InAs1-x-ySbxPy, и, по крайней мере, финишную стадию процесса удаления подложки начинают после завершения операции монтажа фотодиодов на упомянутую контактную плату и останавливают при полном удалении подложки с поверхности гетероструктуры.
Способ поясняется чертежом на Фиг. 1, где цифрами обозначены 1 - объем, занимаемый исходной гетероструктурой (до проведения операций фотолитографии), 2 - подложка на промежуточной стадии ее удаления при травлении в водном растворе соляной кислоты, 3 - слой твердого раствора InAs1-x-ySbxPy (темный фон), 4 - слои с n-типом проводимости, включая слой с высокой поглощательной способностью в рабочем диапазоне спектра, 5 - ограничивающий/контактный слой р-типа проводимости, 6 - контакт к слою №5 (анод), 7 - контактная плата. Стрелкой показана высота мезы (глубина травления мезы).
Способ поясняется чертежом на Фиг. 2, где цифрой 8 обозначены проводники, электрически соединенные с поверхностями n-InAsSbP разделенных элементов итоговой матрицы ФД без подложки. Смысл остальных цифр совпадает с их смыслом на Фиг. 1.
Способ поясняется также чертежом на Фиг. 3, на котором схематично показано сечение элемента матрицы ФД с удаленной подложкой, в которой осуществляется индивидуальная/независимая адресация к каждому элементу матрицы.
Способ поясняется также Фиг. 4, на которой показана фотография контактной поверхности 4-х элементной матрицы ФД с удаленной подложкой, в которой буквой А обозначена контактная площадка для анода (для подсоединения к слою p-InAsSbP), а буквой С - контактная площадка для катода (для подсоединения к слою n-InAsSbP) для каждого из элементов матрицы.
Способ поясняется также Фиг. 5, на которой показана фотография 4-х элементной матрицы ФД с удаленной подложкой, смонтированной на контактную плату, в которой через А1, А2, A3 и А4 обозначены контактные площадки (проводящие полоски) для анодов, а через С1, С2, С3, С4 - контактные площадки (проводящие полоски) для катодов для каждого из элементов 1, 2, 3, 4, соответственно.
Авторы определили экспериментально, что в процессе изготовления диодов средневолнового ИК-диапазона спектра на основе InAs1-x-ySbxPy, InAs, с высотами мез более глубины залегания р-n перехода, но менее суммарной толщины эпитаксиальных слоев, расположенных между поверхностью гетероструктуры и близлежащим к подложке слоем твердого раствора InAs1-x-ySbxPy, при проведении финишного процесса полного удаления подложки InAs не происходит нарушения целостности структуры, т.е. отсутствует возможность проникновения травителя (HCl+H2O) к боковым стенкам мезы (см. фиг. 1). При этом толщина в пограничной между мезами области составляет менее толщины верхнего слоя InAsSbP, на практике - менее 3-5 мкм, в то время как расстояние между основаниями мезы - не менее 10 мкм. При проведении последующих операций, например, термоциклировании, приварки/припайки контактов к мезам, остаточные внутренние механические напряжения, вызванные, прежде всего, разницей коэффициентов термического расширения InAs и InAs1-x-ySbxPy, приводят к самопроизвольному растрескиванию структуры по линиям наименьшей толщины, т.е. по границам мез. Это приводит к тому, что в процессе обработок гетероструктура самопроизвольно разделяется на отдельные чипы, уже находящиеся на монтажной плате и не имеющие при соответствующей организации контактных площадок на контактной плате ни оптической, ни электрической взаимосвязи (см. Фиг. 2).
При удалении подложки в структурах с мезами, имеющими высоту более суммарной толщины эпитаксиальных слоев, расположенных между поверхностью гетероструктуры и близлежащим к подложке слоем твердого раствора InAs1-x-ySbxPy, происходит «вскрытие» каналов для травителя, и качество матрицы ФД ухудшается, например, как уже указывалось выше, за счет снижения фактора заполнения.
Пример. Для создания ФД использовались двойные гетероструктуры Р-InAsSbP(2-3 мкм)/n-InAs(3-4 мкм)/N-InAsSbP(2-3 мкм)/n+-InAs(310 мкм, n+=2-3⋅1018 см-3(Sn)(100)) (позиция №1 на Фиг. 1), изготовленные в ООО «Иоффе ЛЕД» и аналогичные описанным нами ранее (см., например, [11]). При этом имело место примерное совпадение местоположения гетерограницы и р-n-перехода, а также плавное изменение концентрации легирующей примеси в области объемного заряда; обе указанные особенности важны для получения низких значений темновых токов и малой барьерной емкости диодов.
С помощью фотолитографии, включающей нанесение на поверхность гетероструктуры фоточувствительного материала, экспонирование через маску с системой темных и светлых полей, проявление, удаление, по крайней мере, части фоточувствительного материала с помощью органического растворителя, части эпитаксиальной структуры при формировании системы мез глубиной 5-7 мкм (показана стрелкой на Фиг. 1) на полупроводниковой пластине выделялись/ формировались прямоугольные чипы размером 1×1 мм, имевшие четыре квадратных мезы поперечным размером 0.5×0.5 мм с широким металлическим анодом на поверхности p-InAsSbP и треугольным металлическим катодом, расположенным сбоку от мезы на поверхности n-InAsSbP, как показано на Фиг. 3 и Фиг. 4. В состав анода (позиция 4 на Фиг. 1, Фиг. 2) входили, в основном, марганец и серебро, катод был изготовлен напылением в вакууме композиции из последовательности слоев Cr-Au-Ni-Au; как и анод он был «усилен» при последующем электрохимическом осаждении слоя золота толщиной 2.5 мкм. Непосредственно перед нанесением контактов методом ионно-лучевого травления в области будущего контакта удалялась часть слоя, в результате толщина слоя P-InAsSbP в области контактов уменьшалась на Δ≈0.25 мкм. Матрицы ФД форматом (2×2) представляли собой полученные скалыванием по плоскостям {110} прямоугольные чипы.
Чипы матриц ФД форматом (2×2) монтировалась (припаивались) на подкристальную (контактную) плату из полуизолирующего кремния с металлизированными площадками, после чего поверхность подложки полировалась для уменьшения ее толщины (позиция №2 на Фиг. 1). Далее плата и боковые поверхности чипа защищались фоторезистом и окунались в ванну с концентрированной соляной кислотой. Процесс травления останавливали при появлении блестящей поверхности слоя твердого раствора InAsSbP, что соответствовало полному удалению подложки InAs (см. Фиг. 3, Фиг. 5). Матрицу очищали от фоторезиста органическим растворителем, промывали, высушивали; при проведении этих процессов тонкие «перемычки» между мезами (см. Фиг. 1) выкалывались и смывались. После всех манипуляций матрица представляла собой семейство 4-х ФД с полностью изолированными друг от друга элементами/контактами (см. Фиг. 2 и Фиг. 5); полученную матрицу монтировали в криостат и системой термостабилизирования.
На Фиг. 6 представлена температурная зависимость сопротивления в нуле смещения Ro для одного из элементов полученной матрицы, на Фиг. 7 - спектры фоточувствительности при нескольких температурах, на Фиг. 8 - температурные зависимости длины волны в максимуме спектра и длинноволнового края фоточувствительности, на Фиг. 9 - зависимость фоточувствительности, на Фиг. 10 - квантовой эффективности в максимуме спектра от температуры, а на Фиг. 11 - спектральные зависимости удельной обнаружительной способности D* при различных температурах.
Совокупность экспериментальных данных и сравнение их с опубликованными данными (например, с характеристиками монолитных матриц в [12]), подтверждает достижение задачи изобретения - увеличение эффективности работы многоэлементного (матричного) фотодиода за счет расширения спектра фоточувствительности и создания оптической и электрической развязки элементов. У ФД, полученных заявленным способом, шире спектральная характеристика, выше квантовая эффективность и обнаружительная способность, чем известных ФД.
Литература
1.. Б.А. Матвеев, «Светодиоды средневолнового ИК-диапазона на основе гетероструктур А3В5 в газоаналитическом приборостроении. Возможности и применения», 2014, Фотоника, №6 (48) страницы: 80-91.
2. С.А. Карандашев, Б.А. Матвеев, М.А. Ременный, «Источники спонтанного излучения на основе арсенида индия (обзор: десять лет спустя)», ФТП, т. 53, n2, стр. 147-157 (2019).
3. Б.А. Матвеев, Г.Ю. Сотникова, «Светодиоды средневолнового ИК-диапазона на основе гетероструктур А3В5 в газоаналитическом приборостроении. Возможности и применения 2014-2018», Оптика и спектроскопия, 2019, том 127, вып. 2, 300-305.
4. S Jung, S Suchalkin, D Westerfeld, G Kipshidze, E Golden, D Snyder and G Belenky, "High dimensional addressable LED arrays based on type I GaInAsSb quantum wells with quaternary AlGaInAsSb barriers", Semicond. Sci. Technol. 26 (2011)085022 (6pp).
5. X.Y. Gong, H. Kan, T. Makino, K. Watanabe, T. Iida, H. Suzuki, M. Aoyama, T. Yamaguchi, "Light emitting diodes fabricated from liquid phase epitaxial InAs/InAsxP1-x-ySbx/InAsxP1-x-ySbx and InAs/InAs1-xSbx multi-layers", Cryst. Res. Technol., 35, 549-555 (2000).
6. Б. Матвеев, "К вопросу о терминологии в средневолновой инфракрасной оптоэлектронике", Фотоника, Выпуск #3/2015(51) страницы: 152-164.
7. Кижаев Сергей Сергеевич, «СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГЕТЕРОСТРУКТУР (ВАРИАНТЫ) ДЛЯ СРЕДНЕГО ИК-ДИАПАЗОНА, ГЕТЕРОСТРУКТУРА (ВАРИАНТЫ) И СВЕТОДИОД И ФОТОДИОД НА ОСНОВЕ ЭТОЙ ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ», ЕВРАЗИЙСКИЙ ПАТЕНТ №018435 с приоритетом от 2012.09.14.
8. Ильинская Н.Д., Матвеев Б.А, Ременный М.А., Усикова А.А., «Способ изготовления диодов средневолнового ИК-диапазона спектра» Патент РФ №2599905 по заявке №2012119514 с приоритетом от 11.05.2012.
9. Ильинская Н.Д., Матвеев Б.А., Ременный М.А., Усикова А.А., «Способ изготовления диодов средневолнового ИК-диапазона спектра», Патент РФ 2647979, Заявка на изобретение # 2016145096 от 17.11.2016.
10. Matveev, Boris A.; Zotova, Nonna V.; Karandashev, Sergey A.; Remennyi, Maxim A.; Stus', Nikolai M.; Talalakin, Georgii N. "Backside illuminated In(Gs)As/InAsSbP DH photodiodes for methane sensing at 3.3 μm", Proc. SPIE Vol 4650, p. 173-178, Photodetector Materials and Devices VII (2002).
11. А.Л. Закгейм, Н.Д. Ильинская, С.А. Карандашев, А.А. Лавров, Б.А. Матвеев, М.А. Ременный, Н.М. Стусь, А.А. Усикова, А.Е. Черняков, «Пространственное перераспределение излучения во флип-чип фотодиодах на основе двойных гетероструктур InAsSbP/InAs», Физика и техника полупроводников, 2017, том 51, вып. 2, 269-275.
DOI 10.21883/FTP.2017.02.44117.8380.
12 P.N. Brunkov, N.D. Il'inskaya, S.A. Karandashev, А.А. Lavrov, B.A. Matveev, M.A. Remennyi, N.M. Stus', A.A. Usikova, "P-InAsSbP/n-InAs single heterostructure back-side illuminated 8×8 photodiode array», Infrared Physics & Technology 78 (2016) 249-253, http://dx.doi.org/10.1016/j.infrared.2016.08.013.
Claims (1)
- Способ изготовления фотодиодов средневолнового ИК-диапазона спектра, включающий выращивание на подложке из арсенида индия многослойной гетероструктуры, содержащей по крайней мере один слой твердого раствора InAs1-x-ySbxPy и разделенные р-n-переходом слои р- и n-типа проводимости, по крайней мере один из которых выполнен с высокой поглощательной способностью в рабочем диапазоне спектра, нанесение на поверхность гетероструктуры фоточувствительного материала, экспонирование через маску с системой темных и светлых полей, проявление, удаление, по крайней мере, части фоточувствительного материала с помощью органического растворителя, части эпитаксиальной структуры при формировании по крайней мере одной мезы, а также удаление упомянутой подложки или ее части при химическом травлении в водном растворе соляной кислоты, подготовку поверхности для формирования омических контактов, напыление на поверхность гетероструктуры металлических композиций заданной геометрии и монтаж фотодиодов на контактную плату с металлическими площадками для подсоединения проводников, отличающийся тем, что мезы формируют с высотой, не превышающей суммарную толщину эпитаксиальных слоев, расположенных между поверхностью гетероструктуры и близлежащим к подложке слоем твердого раствора InAs1-x-ySbxPy, и, по крайней мере, финишную стадию процесса удаления подложки начинают после завершения операции монтажа фотодиодов на упомянутую контактную плату и останавливают при полном удалении подложки с поверхности гетероструктуры.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019137271A RU2726903C1 (ru) | 2019-11-19 | 2019-11-19 | Способ изготовления фотодиодов средневолнового ик-диапазона спектра |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019137271A RU2726903C1 (ru) | 2019-11-19 | 2019-11-19 | Способ изготовления фотодиодов средневолнового ик-диапазона спектра |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2726903C1 true RU2726903C1 (ru) | 2020-07-16 |
Family
ID=71616890
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019137271A RU2726903C1 (ru) | 2019-11-19 | 2019-11-19 | Способ изготовления фотодиодов средневолнового ик-диапазона спектра |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2726903C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2780987C1 (ru) * | 2021-12-08 | 2022-10-04 | Акционерное общество "НПО "Орион" | Способ определения достаточности глубины ионно-лучевого травления QWIP-структур |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
USH1856H (en) * | 1996-10-30 | 2000-09-05 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Lapped substrate for enhanced backsurface reflectivity in a thermophotovoltaic energy conversion system |
KR20090056934A (ko) * | 2006-08-29 | 2009-06-03 | 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤 | 광 검출기 및 광 검출기의 제조 방법 |
EA201201245A1 (ru) * | 2012-09-14 | 2013-07-30 | Ооо "Лед Микросенсор Нт" | Способ изготовления гетероструктур (варианты) для среднего ик-диапазона, гетероструктура (варианты) и светодиод и фотодиод на основе этой гетероструктуры |
RU2599905C2 (ru) * | 2012-05-11 | 2016-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ИоффеЛЕД" | Способ изготовления диодов средневолнового ик диапазона спектра |
RU2647979C1 (ru) * | 2016-11-17 | 2018-03-21 | Общество с ограниченной ответственностью "ИоффеЛЕД" | Способ изготовления диодов средневолнового ик диапазона спектра |
-
2019
- 2019-11-19 RU RU2019137271A patent/RU2726903C1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
USH1856H (en) * | 1996-10-30 | 2000-09-05 | The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy | Lapped substrate for enhanced backsurface reflectivity in a thermophotovoltaic energy conversion system |
KR20090056934A (ko) * | 2006-08-29 | 2009-06-03 | 하마마츠 포토닉스 가부시키가이샤 | 광 검출기 및 광 검출기의 제조 방법 |
US8263966B2 (en) * | 2006-08-29 | 2012-09-11 | Hamamatsu Photonics K.K. | Photodetector and method for manufacturing photodetector |
RU2599905C2 (ru) * | 2012-05-11 | 2016-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ИоффеЛЕД" | Способ изготовления диодов средневолнового ик диапазона спектра |
EA201201245A1 (ru) * | 2012-09-14 | 2013-07-30 | Ооо "Лед Микросенсор Нт" | Способ изготовления гетероструктур (варианты) для среднего ик-диапазона, гетероструктура (варианты) и светодиод и фотодиод на основе этой гетероструктуры |
RU2647979C1 (ru) * | 2016-11-17 | 2018-03-21 | Общество с ограниченной ответственностью "ИоффеЛЕД" | Способ изготовления диодов средневолнового ик диапазона спектра |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2780987C1 (ru) * | 2021-12-08 | 2022-10-04 | Акционерное общество "НПО "Орион" | Способ определения достаточности глубины ионно-лучевого травления QWIP-структур |
RU2783353C1 (ru) * | 2022-03-10 | 2022-11-11 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Способ изготовления фотоэлектрических преобразователей на основе многослойной структуры |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100274124B1 (ko) | 전기 광 검출기 어레이 | |
EP2756523B1 (en) | Frontside-illuminated barrier infrared photodetector device and methods of fabricating the same | |
US8750653B1 (en) | Infrared nanoantenna apparatus and method for the manufacture thereof | |
US7180066B2 (en) | Infrared detector composed of group III-V nitrides | |
US8143687B2 (en) | Multi-band, reduced-volume radiation detectors and methods of formation | |
US8338200B2 (en) | Frontside-illuminated inverted quantum well infrared photodetector devices and methods of fabricating the same | |
CN101271933A (zh) | 量子点-阱红外探测器的结构及其制备方法 | |
EP3895215A1 (en) | Back-illuminated sensor and a method of manufacturing a sensor | |
US5580795A (en) | Fabrication method for integrated structure such as photoconductive impedance-matched infrared detector with heterojunction blocking contacts | |
US6180967B1 (en) | Bicolor infrared detector with spatial/temporal coherence | |
RU2599905C2 (ru) | Способ изготовления диодов средневолнового ик диапазона спектра | |
RU2726903C1 (ru) | Способ изготовления фотодиодов средневолнового ик-диапазона спектра | |
JP2014003069A (ja) | 受光素子、その製造方法、および光学装置 | |
EP1912259A1 (en) | A quantum dot thermistor structure and use thereof | |
US10749054B2 (en) | Photodetector with helmholtz resonator | |
JP2642286B2 (ja) | 少数キャリアをトラップする組成勾配および凹所を設けたコンタクトを含む光感応性装置およびその製造方法 | |
KR100289982B1 (ko) | 양자섬을이용한광감지소자및그제조방법 | |
RU2647979C1 (ru) | Способ изготовления диодов средневолнового ик диапазона спектра | |
EP1912260A1 (en) | A quantum dot thermistor structure and use thereof | |
RU2647978C2 (ru) | Способ изготовления диодов для средневолнового ик диапазона спектра | |
JP7283182B2 (ja) | 光検出器、これを用いた撮像装置、及び光検出器の製造方法 | |
KR102501208B1 (ko) | 반도체 소자 및 이를 포함하는 반도체 소자 제조방법 | |
Bek et al. | Low dark current diffusion limited planar type InGaAs photodetectors | |
Wang et al. | Analysis and comparison of UV photodetectors based on wide bandgap semiconductors | |
Becker | A review of advances in EO/IR focal plane array technology for space system applications |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20211111 Effective date: 20211111 |