RU2769749C1 - Лавинный фотодиод и способ его изготовления - Google Patents
Лавинный фотодиод и способ его изготовления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2769749C1 RU2769749C1 RU2021110793A RU2021110793A RU2769749C1 RU 2769749 C1 RU2769749 C1 RU 2769749C1 RU 2021110793 A RU2021110793 A RU 2021110793A RU 2021110793 A RU2021110793 A RU 2021110793A RU 2769749 C1 RU2769749 C1 RU 2769749C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- layer
- substrate
- inp
- layers
- zinc
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 57
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims abstract description 131
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims abstract description 115
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 112
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 83
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims abstract description 57
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 56
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 40
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 33
- 238000005275 alloying Methods 0.000 claims abstract description 14
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims abstract description 14
- 229910021419 crystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 6
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 386
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 56
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 51
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 claims description 38
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 claims description 27
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 claims description 27
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 claims description 22
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical group [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 22
- 239000011241 protective layer Substances 0.000 claims description 21
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 claims description 17
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 15
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 14
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical group [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 13
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 claims description 13
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 13
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 238000001020 plasma etching Methods 0.000 claims description 12
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 10
- AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N alumane Chemical group [AlH3] AZDRQVAHHNSJOQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 9
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 8
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 claims description 8
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 claims description 6
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 5
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000001459 lithography Methods 0.000 claims description 4
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 4
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 4
- 238000002207 thermal evaporation Methods 0.000 claims description 4
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 3
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 claims description 3
- 238000010304 firing Methods 0.000 claims description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 3
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 claims description 3
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 claims description 3
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 claims description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 abstract description 8
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 7
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 6
- 238000004891 communication Methods 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 abstract description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 15
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 9
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 9
- 238000013461 design Methods 0.000 description 8
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 7
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 6
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 6
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 6
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 6
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 6
- 238000010348 incorporation Methods 0.000 description 5
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 4
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 4
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 4
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 4
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 4
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 4
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 3
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 3
- 229910021478 group 5 element Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 3
- 230000000873 masking effect Effects 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 3
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 3
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 2
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 2
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 2
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000927 vapour-phase epitaxy Methods 0.000 description 2
- XXRKRPJUCVNNCH-AMFJOBICSA-N 4-[[(2S,3S)-1-amino-3-[(2S,3R,4S,5R)-5-(aminomethyl)-3,4-dihydroxyoxolan-2-yl]oxy-3-[(2S,3S,4R,5R)-5-(2,4-dioxopyrimidin-1-yl)-3,4-dihydroxyoxolan-2-yl]-1-oxopropan-2-yl]amino]-N-[[4-[4-[4-(trifluoromethoxy)phenoxy]piperidin-1-yl]phenyl]methyl]butanamide Chemical compound NC[C@H]([C@H]([C@H]1O)O)O[C@H]1O[C@@H]([C@@H](C(N)=O)NCCCC(NCC(C=C1)=CC=C1N(CC1)CCC1OC(C=C1)=CC=C1OC(F)(F)F)=O)[C@H]([C@H]([C@H]1O)O)O[C@H]1N(C=CC(N1)=O)C1=O XXRKRPJUCVNNCH-AMFJOBICSA-N 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 208000012868 Overgrowth Diseases 0.000 description 1
- 229910008045 Si-Si Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910006411 Si—Si Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000002950 deficient Effects 0.000 description 1
- 230000032798 delamination Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000000572 ellipsometry Methods 0.000 description 1
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 1
- 239000010408 film Substances 0.000 description 1
- 238000009501 film coating Methods 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000004377 microelectronic Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000002203 pretreatment Methods 0.000 description 1
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- VLCQZHSMCYCDJL-UHFFFAOYSA-N tribenuron methyl Chemical compound COC(=O)C1=CC=CC=C1S(=O)(=O)NC(=O)N(C)C1=NC(C)=NC(OC)=N1 VLCQZHSMCYCDJL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
-
- 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
- H01L31/08—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 in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—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 in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
- H01L31/107—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier working in avalanche mode, e.g. avalanche photodiodes
-
- 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)
- Nanotechnology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано в оптических системах связи, в системах измерения в качестве оптоэлектронного датчика, в том числе при регистрации одиночных фотонов в системах квантовой криптографии, в интегральной оптоэлектронике и системах тестирования интегральных схем, а также в других областях, предполагающих регистрацию оптического сигнала. Согласно изобретению предложена полупроводниковая гетероструктура для лавинного фотодиода, содержащая расположенные на подложке эпитаксиальные слои, включая верхний слой в составе по меньшей мере двух слоев-частей - с первой частью, предназначенной для формирования области лавинного умножения, и второй частью, предназначенной для формирования локальной области легирования цинком, выполненной из InP, при этом первая часть выполнена из InP и отделена от второй части промежуточной частью в виде эпитаксиального стоп-слоя, выполненного из кристаллического кремния (Si) с возможностью обеспечения электрической неактивности данного стоп-слоя в материале InP. Также предложены способ изготовления полупроводниковой гетероструктуры для лавинного фотодиода, лавинный фотодиод на основе упомянутой гетероструктуры и способ его изготовления. Изобретение обеспечивает контролируемую глубину фронта залегания диффузионной границы легирующей примеси при формировании р+-области в полупроводниковой гетероструктуре в процессе изготовления лавинного фотодиода, характеризующейся уменьшением величины разброса толщины области лавинного умножения (менее 10%), при уменьшении концентрации электрически активных дефектов и примесей в области лавинного умножения за счет снижения концентрации легирующей примеси (менее 2×1015 см-3) в данной области. 4 н. 25 з.п. ф-лы, 9 ил., 12 табл.
Description
Область техники
Группа изобретений относится к полупроводниковым приборам, а именно к лавинным фотодиодам (ЛФД), предназначенным для преобразования оптического сигнала в электрический. Изобретение может быть использовано в оптических системах связи, в системах измерения в качестве оптоэлектронного датчика, в том числе при регистрации одиночных фотонов в системах квантовой криптографии, в интегральной оптоэлектронике и системах тестирования интегральных схем, а также в других областях, предполагающих регистрацию оптического сигнала.
Уровень техники
Известен детектор одиночных фотонов на основе лавинного фотодиода (ОЛФД) и способ его изготовления [Sara Pellegrini, Ryan Е. Warburton, Lionel J. J. Tan, Jo Shien Ng, Andrey B. Krysa, Kristian Groom, John P. R. David, Sergio Cova, Michael J. Robertson, and Gerald S. Buller. Design and Performance of an InGaAs-InP Single-Photon Avalanche Diode Detector. IEEE JOURNAL OF QUANTUM ELECTRONICS, VOL. 42, NO. 4, APRIL 2006 397].
Детектор содержит диодную полупроводниковую гетероструктуру, состоящую из последовательности эпитаксиальных слоев, выращенных на положке InP - буферный слой InP, поглощающий слой нелегированного InGaAs толщиной 2.5 мкм, слой градиентного состава из четверного твердого раствора InGaAsP, зарядный слой InP толщиной 300 нм n-типа с концентрацией носителей заряда 6×1016 см-3, верхний слой InP в составе двух слоев-частей, с первой частью, наименее удаленной от подложки, являющейся областью лавинного умножения, расположенной на зарядном слое, и с расположенной на первой части и наиболее удаленной от подложки второй частью с локальной областью легирования цинком проводимости р-типа, дополнительно снабженной охранными кольцами. Указанная гетероструктура снабжена с планарной стороны защитным слоем с окном для доступа к локальной области легирования цинком, выполненным из SiNx, и электрическими контактами, один из которых сформирован с планарной стороны, в отношении локальной области легирования цинком, второй - с тыльной стороны подложки.
Способ изготовления ОЛФД включает выращивание перечисленных эпитаксиальных слоев гетероструктуры методом MOCVD (metal organic chemical vapor deposition), проведение двухстадийного процесса диффузии цинка для получения заданного профиля легирования активной локальной р+-области в InP и охранных колец, для осуществления которого наносят диэлектрическое, маскирующее покрытие и изготавливают в нем сквозные окна, с помощью которых проводят диффузию цинка, формируя локальную область легирования цинком, после чего диэлектрическое покрытие удаляют. Далее на полученную гетероструктуру наносят защитный слой SiNx, в котором изготавливают окна с последующим проведением металлизации Au/Zn/Au с планарной стороны и с тыльной стороны подложки для получения электрических контактов.
Однако известное решение характеризуется сложностью изготовления градиентного слоя требуемого состава на основе четверного твердого раствора InGaAsP. При изготовлении необходимо прецизионное поддержание температуры роста и плотности потоков реагентов. Отсутствие контроля относительно параметров роста, в частности, температуры может приводить к несбалансированности перехода от ширины запрещенной зоны светопоглощающего слоя к ширине запрещенной зоны зарядного слоя (или области лавинного умножения) при сохранении постоянной решетки, обуславливающей накопление дырок на гетерогранице. Состав твердого раствора должен обеспечивать согласование постоянных решеток составов светопоглощающего слоя, указанного градиентного слоя и зарядового слоя. При невыполнении этого условия в слоях формируются дислокации несоответствия. Эти протяженные дефекты кристаллической структуры являются центрами безизлучательной рекомбинации и существенно ухудшают выходные параметры ОЛФД - снижают квантовую эффективность счета и повышают частоту темнового счета.
Кроме того, известное решение характеризуется неудовлетворительной воспроизводимостью глубины легирования цинком при формировании области лавинного умножения в слое InP. Для воспроизводимости параметров получаемых чипов ОЛФД толщина области лавинного умножения должна иметь минимальный разброс (менее 10%). Большой разброс по толщине области лавинного умножения приводит к разбросу в величине основных параметров (напряжение пробоя, квантовая эффективность счета, частота темнового счета), превышающему допустимые значения.
Кроме того, использование SiNx в качестве материала защитного слоя может приводить к образованию трещин в слое при незначительном изменении условий его осаждения [Sara Pellegrini, InGaAs/InP SINGLE-PHOTON AVALANCHE DIODES. Thesis submitted for the Degree of Doctor of Philosophy, Heriot-Watt University, School of Engineering and Physical Science, 2005]. Для слоя из SiNx характерно наличие встроенных механических напряжений, являющихся причиной его растрескивания. Трещины в активной области ОЛФД могут приводить к выходу его из строя.
Следует отметить недостаток, связанный с плохой адгезией слоя металлизации Au/Zn/Au. Плохая адгезия приводит к отслаиванию металлического контакта и отказу в работе ОЛФД.
Известные решения в силу указанных недостатков не обеспечивают преодоление технической проблемы, связанной с повышением процента выхода годных изделий при производстве лавинных фотодетекторов с оптимизацией рабочих характеристик и стабилизацией рабочих параметров.
Из уровня техники известны способ формирования p-n-перехода при изготовлении полупроводникового устройства и полупроводниковое устройство - лавинный фотодиод (ЛФД) (заявка US 2013/0207217 А1, опубликован 15.08.2013).
Лавинный фотодиод выполнен на основе диодной гетероструктуры в составе подложки и расположенных последовательно на подложке светопоглощающего слоя, зарядового слоя, слоя в составе, по крайней мере, двух слоев-частей - первая часть, являющаяся областью лавинного умножения, вторая часть с локальной областью легирования цинком и p-n-переходом, образованным в результате диффузионного легирования цинком в одну стадию. Дополнительно устройство снабжено защитным слоем и электрическими контактами, один из которых выполнен в отношении части слоя с локальной областью легирования цинком, второй - кольцевой электрический контакт, расположен на тыльной стороне подложки.
Способ изготовления лавинного фотодиода включает этап формирования р-n-перехода и локальной области легирования цинком с проведением диффузии цинка в одну стадию, а именно, сначала посредством реактивного ионного травления или жидкостного химического травления формируют углубление на поверхности слоя InP, а именно, на поверхности второй слоя-части, предназначенной для формирования p-n-перехода и локальной области легирования цинком. Углубление формируют заданного размера в диаметре, заданной глубины, с боковыми стенками, расположенными относительно плоскости дна углубления под наклоном. Затем наносят диффузионную маску - защитное покрытие, выполняя в ней сквозное окно, обеспечивающее свободный, без перекрывания, доступ к углублению и в отношении заданного участка поверхности слоя полупроводника по периметру углубления, после чего проводят диффузию цинка через сквозное окно в маске на требуемую глубину в отношении дна углубления и заданного участка поверхности слоя полупроводника по периметру углубления. Дополнительно, в целях получения готового полупроводникового устройства - лавинного фотодиода (ЛФД), изготавливают электрические контакты.
Однако в документе US 2013/0207217 не приведены требования к плоскостности дна вытравливаемого углубления. Это требование является существенным для формирования заданного профиля одностадийного диффузионного легирования цинком р+-области. Перепад высот рельефа дна углубления травления должен быть в пределах 0,5-20 нм. Невыполнение этого условия может привести к неконтролируемому пробою ЛФД и низкому выходу годных чипов. Выполнение этого требования сопряжено со сложным процессом формирования углубления заданной геометрии в слое InP - круглой формы с плоским, зеркально гладким дном и ровными стенками.
Следует отметить отсутствие каких-либо других мер, обеспечивающих точную толщину области лавинного умножения, лежащих вне фокуса внимания на операции формирования p-n-перехода, препятствующих диффузии цинка в область лавинного умножения. Кроме того, в защитном слое и электрических контактах возможно образование трещин, наличие которых может привести к выходу из строя устройства; а недостаточная адгезия материала контактов может обуславливать их отслаивание.
Таким образом, приведенные устройство и способ его изготовления не обеспечивают преодоление технической проблемы, связанной с повышением процента выхода годных изделий при производстве устройств для регистрации фотонов с достижением оптимизации рабочих характеристик и стабилизацией рабочих параметров.
Наиболее близкими к заявляемым решениям являются эпитаксиальная структура лавинного диода и способ изготовления лавинного диода (документ CN 106887469 В, опубликован 07.05.2019).
Эпитаксиальная структура лавинного диода выполнена в составе эпитаксиальных слоев, выращенных на положке InP, в последовательности: светопоглощающий слой, слой в составе двух слоев-частей - с первой частью, являющейся областью лавинного умножения, и второй частью, содержащей локальную область легирования цинком, при этом в направлении от подложки сначала расположена первая часть, являющаяся областью лавинного умножения, затем вторая часть с локальной областью легирования цинком, выполненная на основе слоя InP, который исходно не легирован или легирован до получения концентрации носителей заряда менее 1017 см-3, а локальная область легирования цинком сформирована посредством диффузии. Первая часть слоя, являющаяся областью лавинного умножения, выполнена с использованием материала из группы - In0,52Al0,48As, InxGa(1-x)AsyP(1-y), InxGayAl(1-x-y)As, для указанных четверных твердых растворов InxGa(1-x)AsyP(1-y), InxGayAl(1-x-y)As характерен градиент состава, при этом для материала InxGa(1-x)AsyP(1-y) 0<х<1, 0<у<1, для материала InxGayAl(1-x-y)As 0<х<1, 0<у<1 и 0<(х+у)<1. В указанных четверных твердых растворах изменение состава за счет изменения молярной доли компоненты твердого раствора реализовано непрерывно или дискретно при фиксированном значении молярной доли компоненты твердого раствора х=0,52, соответственно, с изменением в направлении светопоглощающего слоя значения молярной доли компоненты у от у=0,15 до ее значения у=0 или от значения молярной доли компоненты у=0,15 с шагом 0,05 до ее значения у=0 в пределах толщины области лавинного умножения. Светопоглощающий слой реализован с использованием материала из группы - In0,53Al0,47As, InP, InxGayAl(1-x-y)As или InxGa(1-x)AsyP(1-y), при этом для материала InxGa(1-х)AsyP(1-у) 0<х<1, 0<у<1, для материала InxGayAl(1-x-y)As 0<х<1, 0<у<1 и 0<(х+у)<1. Кроме того, в составе рассматриваемой эпитаксиальной структуры выполнен зарядовый слой, расположенный между светопоглощающим слоем и слоем с областью лавинного умножения. Зарядовый слой выполнен с использованием материала InxGa(1-x)AsyP(1-y) или InxGayAl(1-x.y)As, при этом для материала InxGa(1-x)AsyP(1-y) 0<х<1, 0<у<1, для материала InxGayAl(1-x-y)As 0<х<1, 0<у<1 и 0<(х+у)<1. Также в составе эпитаксиальной структуры сформирован градиентный слой, который также расположен между светопоглощающим слоем и первой частью, являющейся областью лавинного умножения, слоя в составе двух слоев-частей, а именно, между светопоглощающим слоем и зарядовым слоем. Градиентный слой выполнен в виде слоя из InxGa(1-x)AsyP(1-y), InxGayAl(1-x-y)As с градиентом состава, при этом для материала InxGa(1-x)AsyP(1-y) 0<х<1, 0<у<1, для материала InxGayAl(1-x-y) As 0<х<1, 0<у<1 и 0<(х+у)<1.
Способ изготовления лавинного диода осуществляют посредством эпитаксиального выращивания упомянутых слоев гетероструктуры на подложке. Конкретный выбор материала для формирования светопоглощающего слоя осуществляют с учетом энергии фотонов, которые подлежат регистрации изготавливаемым устройством. Так, для регистрации фотонов с соответствующей длиной волны, равной 1,55 мкм, в оптоволоконных линиях связи, как правило, выбирают материал In0,53Ga0,47As. Если устройство предназначено для регистрации фотонов с длиной волны 1,06 мкм, выбор предпочтителен в пользу InxGa(1-x)AsyP(1-y) соответствующего состава. Градиентные слои формируют с градиентом состава. Как правило, используемый материал для формирования зарядового слоя является тем же самым материалом, который используют для получения области лавинного умножения. Тем не менее, может быть использован и другой материал. В частности, может быть использован материал, характеризующийся значением постоянной решетки, близким по значению к постоянной решетки материала подложки, или более широкозонный материал, например, InxGa(1-x)AsyP(1-y) или InxGayAl(1-x-y)As. Выбор приведенных материалов для эпитаксиального выращивания слоя в составе двух слоев-частей - первой части слоя, являющейся областью лавинного умножения, и второй части слоя для формирования локальной области легирования цинком обусловлен тем, что скорость диффузии цинка в данных материалах намного ниже, чем в InP. Поэтому при реализации диффузией цинка формирования локальной области легирования цинком в InP лишь небольшое количество цинка диффундирует в область лавинного умножения и, таким образом, достигается контроль за границей раздела между первой частью слоя с областью лавинного умножения и второй частью слоя, в которой формируют в процессе изготовления лавинного диода локальную область легирования цинком, обеспечивая более точно глубину диффузии цинка и размеры области лавинного умножения. Эпитаксиальное выращивание второй части слоя для формирования локальной области легирования цинком осуществляют с использованием материала InP, который исходно не легирован или легирован до получения концентрации носителей заряда менее 1017 см-3. В завершение формируют локальную область легирования цинком посредством диффузии цинка. Диффузию цинка осуществляют с использованием высокотемпературной паровой фазы цинка, или тонкопленочного покрытия из содержащего цинк материала при высокотемпературном нагреве, или технологического этапа в процессе MOCVD.
Использование приведенных составов в документе CN 106887469 для формирования области лавинного умножения является средством для эффективного решения проблемы неравномерности диффузии цинка, а значит, достижения точности толщины области лавинного умножения и, как следствие, повышения процента выхода годных изделий, достижения оптимизации рабочих характеристик, стабилизации рабочих параметров. Однако для указанных многокомпонентных твердых растворов характерна более дефектная, неупорядоченная структура по сравнению с бинарными соединениями. Это приводит к большей концентрации электрически активных дефектов и примесей в области лавинного умножения фотодиода. Следствием этого является повышенный темновой ток, уменьшение времени жизни и подвижности носителей заряда, что приводит к уменьшению динамического диапазона чувствительности лавинного фотодиода в линейном режиме и снижению квантовой эффективности, увеличению темновой скорости счета в гейгеровском режиме. Кроме того, следует отметить отсутствие реализации мер по оптимизации градиентного слоя. Как следствие, это может привести к ограничению предельной рабочей частоты фотодиода.
Техническая проблема, решаемая посредством заявляемого изобретения, заключается в преодолении недостатков, присущих аналогам, раскрытым при описании уровня техники, за счет разработки лавинного фотодиода и способа его изготовления методом планарной технологии, обеспечивающих повышение процента выхода годных изделий, достижение оптимизации и стабилизации рабочих параметров.
Раскрытие изобретения
Техническим результатом является обеспечение контролируемой глубины фронта залегания диффузионной границы легирующей примеси при формировании р+-области в полупроводниковой гетероструктуре в процессе изготовления лавинного фотодиода, характеризующейся уменьшением величины разброса толщины области лавинного умножения (менее 10%), при уменьшении концентрации электрически активных дефектов и примесей в области лавинного умножения за счет снижения концентрации легирующей примеси (менее 2×1015 см-3) в данной области, что положительно влияет на рабочие параметры лавинного фотодиода для регистрации одиночных фотонов.
Контролируемая глубина фронта залегания диффузионной границы легирующей примеси реализуется более простым способом, по сравнению с известными аналогами, за счет снижения требований к технологическим параметрам диффузии при формировании р+-области.
При реализации изобретения достигается замедление процесса диффузии цинка в область лавинного умножения более, чем в 1000 раз по сравнению с прототипом, и улучшение воспроизводимости глубины легирования цинком по площади гетероструктуры при формировании области лавинного умножения в слое InP, достижение более точной толщины области лавинного умножения по площади гетероструктуры; снижение накопления носителей заряда на гетерогранице; предотвращение выхода из строя устройства для регистрации одиночных фотонов на основе лавинного фотодиода.
Технический результат достигается полупроводниковой гетероструктурой для лавинного фотодиода, содержащей расположенные на подложке эпитаксиальные слои, включая верхний слой в составе, по меньшей мере, двух слоев-частей - с первой частью, предназначенной для формирования области лавинного умножения, и второй частью, предназначенной для формирования локальной области легирования цинком, выполненной из InP, в которой первая часть выполнена из InP и отделена от второй части промежуточной частью в виде эпитаксиального стоп⋅слоя, выполненного из кристаллического кремния (Si) с возможностью обеспечения электрической неактивности данного стоп⋅слоя в материале InP.
В полупроводниковой гетероструктуре стоп⋅слой может быть выполнен из двух или четырех атомных слоев кремния. Первая и вторая части верхнего слоя могут быть выполнены из намеренно нелегированного InP с допустимой концентрацией носителей заряда n-типа не более 2×1015 см-3, при этом первая часть верхнего слоя имеет толщину 0,3÷1,5 мкм, вторая часть - 1,5÷3,5 мкм.
В одном из вариантов реализации изобретения полупроводниковая гетероструктура содержит градиентный слой, расположенный в составе эпитаксиальных слоев между подложкой и верхним слоем, и выполненный в виде системы из 2÷9 согласованных по параметру решетки с InP слоев четверного твердого раствора InxGayAl(1-x-y)As с 0<х<1, 0<у<1 и 0<(х+у)<1 с возможностью устранения разрыва валентной зоны между смежными с ним эпитаксиальными слоями. Градиентный слой может быть выполнен в виде системы, включающей три слоя четверного твердого раствора InxGayAl(1-x-y)As с дискретным изменением молярной доли компоненты твердого раствора у, характеризующимся ее уменьшением от слоя к слою, с ее наибольшим значением в составе слоя, наименее удаленного от подложки, с ее наименьшим значением в составе слоя, наиболее удаленного от подложки. Слои четверного твердого раствора InxGayAl(1-x-y)As предпочтительно выполнены одной и той же толщины, выбранной из интервала значений 15÷25 нм. В слоях четверного твердого раствора InxGayAl(1-x-y)As молярная доля компоненты твердого раствора х фиксирована, х=0,53, слой, наименее удаленный от подложки, выполнен с составом намеренно нелегированного In0,53Ga0,41Al0,06As, средний слой выполнен с составом намеренно нелегированного In0,53Ga0,31Al0,06As, слой, наиболее удаленный от подложки, выполнен с составом намеренно нелегированного In0,53Ga0,2Al0,27As.
В одном из вариантов реализации изобретения полупроводниковая гетероструктура содержит буферный слой, расположенный в составе эпитаксиальных слоев непосредственно на подложке, который выполнен из InP, легированного Si, n-типа с концентрацией носителей заряда 2÷10×1018 см-3, толщиной 0,3÷1,5 мкм.
В одном из вариантов реализации изобретения полупроводниковая гетероструктура содержит светопоглощающий слой, расположенный в составе эпитаксиальных слоев между подложкой и верхним слоем, и выполненный из намеренно нелегированного In0.53Ga0,47As с концентрацией носителей заряда n-типа не более 2×1015 см-3, толщиной 1÷3 мкм.
В одном из вариантов реализации изобретения полупроводниковая гетероструктура содержит градиентный слой, зарядный слой, расположенный в составе эпитаксиальных слоев между подложкой и верхним слоем, при этом зарядный слой выполнен из InP, легированного кремнием, n-типа с концентрацией носителей заряда 0,5÷1×1017 см-3, толщиной 0,1÷0,3 мкм.
В полупроводниковой гетероструктуре использована подложка InP ориентации (001), n-типа проводимости.
Технический результат достигается лавинным фотодиодом, включающим полупроводниковую гетероструктуру, содержащую расположенные на подложке эпитаксиальные слои, верхний слой которой выполнен в составе, по меньшей мере, двух слоев-частей - с первой частью, предназначенной для формирования области лавинного умножения, и второй частью, выполненной из InP, и содержащей сформированную локальную область легирования цинком; гетероструктура снабжена по крайней мере с планарной стороны защитным слоем из SiO2 со сквозным окном для доступа к локальной области легирования цинком и электрическими контактами, один из которых выполнен с планарной стороны к локальной области легирования цинком, второй - расположен на тыльной стороне подложки; в лавинном фотодиоде гетероструктура имеет описанное выше конструктивное выполнение, электрический контакт с планарной стороны выполнен кольцевого типа, частично расположенный на защитном слое, реализован с возможностью повышения прочности его адгезии к защитному слою.
В лавинном фотодиоде контакт кольцевого типа с планарной стороны может быть выполнен из последовательно расположенных слоев Ti, Zn, Au толщиной 15-25 нм, 15-25 нм, и 140-160 нм, соответственно, а контакт, расположенный на тыльной стороне подложки - из последовательно расположенных слоев Ge, Au, Ni, Au толщиной 15-25 нм, 20-50 нм, 15-25 нм, 180-220 нм, соответственно.
Технический результат достигается способом изготовления полупроводниковой гетероструктуры, включающим эпитаксиальное выращивание на подложке слоев, включая верхний слой, в составе, по меньшей мере, двух слоев-частей - с первой частью, предназначенной для формирования области лавинного умножения, и второй частью, предназначенной для формирования локальной области легирования цинком, выполненной из InP, в котором указанное эпитаксиальное выращивание слоев осуществляют посредством молекулярно-лучевой эпитаксии; при формировании верхнего слоя ее первую часть выполняют из InP, затем на первой части формируют стоп⋅слой из эпитаксиального кристаллического кремния (Si) с возможностью обеспечения электрической неактивности данного стоп⋅слоя в материале InP, на котором далее формируют вторую часть верхнего слоя.
В способе первую часть верхнего слоя выращивают при температуре 460÷540°С, плотности потока молекул фосфора Р2 в пересчете на атомарный фосфор 1÷3×1015 ат./см2⋅с, плотности потока атомов индия 0,2÷1×1015 ат./см2⋅с; стоп⋅слой формируют при температуре роста 400÷420°С, плотности потока атомов кремния 0,2÷1×1012 ат./см2⋅с, при фоновом давлении элементов V группы - фосфора и мышьяка - в зоне роста не более 2×10-9 Торр; вторую часть верхнего слоя выращивают при температуре 460÷540°С, плотности потока молекул фосфора Р2 в пересчете на атомарный фосфор 1÷3×1015 ат./см2⋅с, плотности потока атомов индия 0,2÷0,1×1015 ат./см2⋅с.
В одном из вариантов реализации способа градиентный слой выращивают при температуре роста 460÷540°С, плотности потока молекул мышьяка As4 или As2 в пересчете на атомарный мышьяк 1÷3×1015 ат./см2⋅с, плотности потока атомов индия 0,2÷1×1015 ат./см2,с, плотности потока атомов галлия 2÷9×1014 ат./см2⋅с, плотности потока атомов алюминия 0,4÷1×1014 ат./см2⋅с; буферный слой выращивают при температуре роста 460÷520°С, плотности потока молекул фосфора Р2 в пересчете на атомарный фосфор 1÷3×1015 ат./см2⋅с, плотности потока атомов индия 0,2÷0,9×1015 ат./см2⋅с; светопоглощающий слой выращивают при температуре 460÷520°С, плотности потока молекул мышьяка As4 или As2 в пересчете на атомарный мышьяк 1÷3×1015 ат./см2⋅с, плотности потока атомов индия 0,2÷0,9×1015 ат./см2⋅с, атомов галлия 0,18÷0,8×1015 ат./см2⋅с; зарядный слой выращивают при температуре 460÷540°С, плотности потока молекул фосфора Р2 в пересчете на атомарный фосфор 1÷3×1015 ат./см2⋅с, плотности потока атомов индия 0,2÷1×1015ат./см2⋅с.
В способе подложку перед осуществлением роста эпитаксиальных слоев обрабатывают для получения атомарно-чистой поверхности, для чего проводят ее нагрев в ростовой камере установки молекулярно-лучевой эпитаксии до температуры 520÷540°С в потоке молекул As4 или As2 с плотностью 1÷3×1015ат./см2⋅с и выдерживают в течение 15÷30 минут.
Технический результат достигается способом изготовления лавинного фотодиода, включающим формирование на подложке полупроводниковой гетероструктуры, включающей верхний слой, формирование в верхнем слое локальной области легирования цинком посредством диффузии цинка через предварительно сформированное углубление, формирование электрических контактов, один из которых выполняют с планарной стороны к локальной области легирования цинком, второй - на тыльной стороне подложки, в котором полупроводниковую гетероструктуру формируют описанным выше способом, при этом углубление для диффузии цинком выполняют во второй части верхнего слоя посредством сухого плазменного травления, обеспечивающего заданную геометрию углубления, плоскостность дна и гладкость стенок, и задающего требуемый профиль легирования в процессе диффузии.
Для реализации этапа сухого плазменного травления в одном из вариантов осуществления изобретения сначала на верхнем слое формируют защитную маску со сквозным окном, при этом маску изготавливают на основе SiO2, синтезированного окислением моносилана в реакторе пониженного давления - при давлении 150 Торр, при температуре синтеза 195°С, толщиной 0,3 мкм, для получения окна осуществляют прямую литографию и травление SiO2 в буферном травителе, затем проводят сухое плазменное травление InP в плазме высокочастотного разряда в среде BCl3:N2:Ar с использованием циклического режима травления-охлаждения при соотношении газов-реагентов, равном 10:4:15 см3/мин, при давлении 4 мТорр, со скоростью травления 37 нм/мин до достижения глубины 0,2÷1 мкм, после чего защитную маску удаляют для осуществления процесса диффузии цинка. Диффузию цинка проводят предпочтительно с использованием планарного источника на основе Zn3P2 глубиной до стоп⋅слоя с уровнем легирования, обеспечивающим получение значения контактного сопротивления не более 4,5×10-4 Ом⋅см2. Контакт с планарной стороны к локальной области легирования цинком с частичным расположением его на защитном слое может быть изготовлен методом обратной фотолитографии по многослойной металлизации Ti/Zn/Au с использованием термического испарения для осаждения указанной трехслойной композиции с достижением необходимых толщин, с последующим вжиганием в течение 0,5÷1,5 мин в атмосфере водорода при температуре 400÷420°С, а контакт, расположенный на тыльной стороне подложки может быть изготовлен напылением композиции Ge/Au/Ni/Au с достижением необходимых толщин, с последующим вжиганием в течение 4÷6 мин в атмосфере водорода при температуре 350÷400°С.
Достижение указанного технического результата и преодоление технической проблемы обеспечивается следующим.
Во-первых, в предлагаемых технических решениях формируют и используют стоп⋅слой, являющийся эпитаксиальным сверхтонким слоем, электрически неактивным, сформированный молекулярно-лучевой эпитаксией, который может состоять из двух или четырех атомных слоев Si. Такой слой не влияет на транспорт носителей заряда (дырок) из области лавинного умножения в область контакта. Указанный элемент выполняет функцию блокирования диффузии цинка из локальной области легирования цинком. Стоп⋅слой осаждают эпитаксиально после формирования первой части слоя из InP, являющейся областью лавинного умножения. Затем на стоп⋅слое эпитаксиально формируют вторую часть указанного слоя из InP, в которой последующими операциями изготавливают локальную область легирования цинком (р+-область) посредством проведения диффузии цинка. В этом случае область лавинного умножения формируется из бинарного соединения, в котором может быть обеспечено высокое структурное совершенство, пониженная концентрация электрически активных примесей и дефектов, по сравнению с многокомпонентными твердыми растворами, описанными в прототипе. Выполнение стоп⋅слоя из эпитаксиального кристаллического кремния позволяет полностью блокировать диффузию цинка из-за большей энергии связи Si-Si (222 кДж/моль), по сравнению со связью In-P (130 кДж/моль) в InP, что более чем в 1000 раз подавляет скорость диффузии цинка по вакансионному механизму. Это позволяет получать заданную толщину области лавинного умножения при существенно более широком диапазоне изменений условий проведения процесса диффузии цинка. Предпочтительно использование двух или четырех монослоев кремния для обеспечения электрической неактивности стоп⋅слоя в матрице InP.
Для воспроизводимости параметров получаемых чипов ЛФД толщина области лавинного умножения должна иметь минимальный разброс (менее 10%). Увеличение разброса по толщине области лавинного умножения приводит к разбросу в величине основных параметров: напряжение пробоя, квантовая эффективность счета, частота темнового счета. Поэтому формирование и использование стоп⋅слоя в конструкции гетероструктуры является существенным в целях обеспечения технического результата в части достижения кардинального уменьшения скорости (более чем в 1000 раз) диффузии цинка в область лавинного умножения и улучшения воспроизводимости глубины легирования цинком при формировании области лавинного умножения в слое InP, достижения более точной толщины области лавинного умножения при отсутствии в отношении последней возникновения больших концентраций электрически активных дефектов и примесей.
Во-вторых, в одном из вариантов осуществления заявляемых технических решений в составе гетероструктуры может быть использован градиентный слой, выполненный с возможностью устранения разрыва валентной зоны между светопоглощающим и последующим слоем (зарядным слоем или слоем с областью лавинного умножения) системой, по меньшей мере, из трех согласованных по параметру решетки с InP слоев четверного твердого раствора InxGayAl(1-x-y)As с 0<х<1, 0<у<1 и 0<(х+у)<1, которые получены, как и все слои гетероструктуры, посредством выращивания молекулярно-лучевой эпитаксией. Указанная реализация обеспечивает более эффективный транспорт носителей заряда - дырок за счет снижения накопления дырок на гетерогранице. При генерации в результате поглощения фотонов в светопоглощающем слое электронно-дырочных пар, дырки дрейфуют по направлению к первой части слоя, являющейся областью лавинного умножения, в результате прикладываемого электрического поля между локальной областью легирования цинком р+-типа и подложкой через гетерограницу, на которой может происходить их накопление, связанное с разрывом валентной зоны на 0,62 эВ, являющееся причиной существенного ограничения предельной рабочей частоты фотодиода и квантовой эффективности.
Составы материалов светопоглощающего слоя и зарядного слоя (или области лавинного умножения) являются разными, что обуславливает возникновение энергетических барьеров, которые уменьшают дрейф носителей заряда и тем самым снижают частотную характеристику фотодиода. Градиентный слой выполняет функцию понижения негативного влияния этих факторов. Формирование градиентного слоя базируется на реализации общей тенденции, заключающейся в постепенном и/или ступенчатом переходе от ширины запрещенной зоны светопоглощающего слоя к ширине запрещенной зоны зарядного слоя (или области лавинного умножения) при сохранении постоянной решетки. В отношении предлагаемого решения это касается перехода от светопоглощающего слоя на основе InGaAs к зарядному слою на основе InP (или области лавинного умножения на основе InP) при сохранении постоянной решетки InP.
Как правило, выращивание гетероэпитаксиальной структуры для изготовления ЛФД проводят методом газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений (MOCVD). Данным методом, согласно документу CN 106887469 В, осуществляют выполнение градиентного слоя из InxGa(1-x)AsyP(1-y), InxGayAl(1-x-y)As. Выбор в заявляемых технических решениях в качестве материала градиентного слоя твердого раствора InxGayAl(1-x-y)As обусловлен обстоятельством замещения только по подрешетке элементов III группы InGaAlAs. Это позволяет снизить требование к точности поддержания температуры роста, так как коэффициенты встраивания элементов III группы в рабочем диапазоне температур роста не зависят от температуры. В отношении твердого раствора InxGa(1-x)AsyP(1-y) замещение элемента V группы требует прецизионного поддержания основных параметров роста: плотности потоков веществ (с точностью менее 1%) и температуры подложки (с точностью менее 1°С), так как величины коэффициентов встраивания в эпитаксиальный слой элементов V группы сильно зависят от температуры роста. Такая точность воспроизведения и поддержания температуры роста является сложной технической задачей, что обуславливает невозможность точного контроля в целях прецизионного формирования слоя заданного состава и, как следствие, отсутствие гарантий получения требуемого состава. С другой стороны, в предлагаемых решениях выращивание слоев гетероструктуры, включая градиентный слой, обеспечивают молекулярно-лучевой эпитаксией. По сравнению с методом газофазной эпитаксии из металлоорганических соединений, метод молекулярно-лучевой эпитаксии предпочтителен в связи с его возможностями обеспечить более точный контроль параметров роста при осуществлении процесса, в частности, обеспечить точность контроля температуры роста, как параметра, влияющего на коэффициенты встраивания, и гарантировать получение с прецизионной точностью требуемого состава.
Таким образом, с одной стороны, выбор указанного твердого раствора для формирования градиентного слоя, диктуемый не столь критичной зависимостью от температура роста коэффициентов встраивания элементов III группы в рабочем диапазоне температур роста, и, с другой стороны, формирование градиентного слоя методом молекулярно-лучевой эпитаксии с достижением точности контроля температуры роста, как параметра, влияющего на коэффициенты встраивания, и гарантирующего получение требуемого с прецизионной точностью состава, в сочетании обеспечивают в большей степени достижение технического результата в части снижения накопления носителей заряда на гетерогранице, чем известные решения приведенного уровня техники.
В-третьих, при реализации способа изготовления диодной гетероструктуры формируют локальную область легирования цинком, осуществляя диффузию цинка, тем, что сначала выполняют углубление на поверхности основы из слоя InP посредством сухого плазменного травления, обеспечивающего заданную геометрию углубления с плоским дном (перепад высот по площади углубления в пределах ±0,01 нм), и задающего требуемый профиль легирования в процессе диффузии, затем осуществляют диффузию цинка. Сухое плазменное травление в атмосфере BCl3 наиболее точно обеспечивает геометрическую конфигурацию углубления с требуемым качеством поверхности дна и боковых стенок для получения при последующей диффузии цинка р+-области с точно заданным профилем легирования, препятствует возникновению краевых геометрических эффектов p-n-перехода и, таким образом, предотвращает возникновение локального преждевременного электрического пробоя и выход из строя устройства, повышает процент выхода годных изделий. Кроме того, точное формирование профиля легирования при последующей диффузии цинка обеспечивает необходимую степень локализации области сильного электрического поля.
В-четвертых, в устройстве для регистрации одиночных фотонов на основе диодной гетероструктуры защитный слой выполнен из SiO2, синтезированного в реакторе пониженного давления, а электрические контакты реализованы с возможностью повышения их адгезии. Получение данного слоя указанным синтезом обеспечивает высокую адгезию слоя SiO2 и его высокую диэлектрическую прочность (плотность тока при электрическом поле 2×106 В/см составляет 6×10-8 А/см2). Кроме того, данный слой характеризуется отсутствием механических напряжений и обеспечивает границу раздела диэлектрик/полупроводник, исключающую поверхностные утечки. Это гарантирует отсутствие трещин в защитном слое, предотвращает выход из строя лавинного фотодиода, повышает процент выхода годных изделий. С другой стороны, использование указанного слоя в качестве защитного покрытия обеспечивает высокую адгезию слоев металлизации при использовании, в частности, адгезионного подслоя титана, формируемых термическим напылением. Таким образом, электрический контакт кольцевого типа реализован с возможностью повышения его адгезии также и в отношении защитного слоя. Достигаемая высокая адгезия как в отношении локальной области легирования цинком, так и в отношении защитного слоя препятствует отслаиванию контакта, в частности, от защитного слоя, в связи с чем обеспечивается предотвращение выхода из строя устройства для регистрации одиночных фотонов на основе лавинного фотодиода на стадии его эксплуатации и повышается процент выхода годных изделий при производстве. Для повышения адгезии слоя металлизации к диэлектрическому покрытию для изготовления контактов предложено использовать 3-х слойную композицию Ti/Zn/Au, напыляемую термическим способом.
Краткое описание чертежей
Сущность предлагаемых технических решений поясняется чертежами.
На Фиг. 1 схематически представлена детализация более удаленной от подложки части полупроводниковой гетероструктуры (верхний слой), демонстрирующая слой в составе двух слоев-частей, разделенных стоп⋅слоем, с локальной областью легирования цинком, сформированной во второй части; на Фиг. 2 схематически показан в поперечном сечении один из вариантов конструкции лавинного фотодиода, включающего диодную гетероструктуру; на Фиг. 3-8 схематически представлены этапы формирования локальной области легирования цинком в верхнем слое, а именно: на Фиг. 3 - этап изготовления защитной маски со сквозным окном для реализации этапа сухого травления; на Фиг. 4 - этап осуществления сухого травления с использованием защитной маски со сквозным окном; на Фиг. 5 - изготовленное углубление для последующего проведения диффузии цинка и получения локальной области легирования цинком; на Фиг. 6 - этап изготовления защитной маски со сквозным окном для реализации диффузии цинка; на Фиг. 7 - этап диффузии цинка; на Фиг. 8 - полученные локальные области легирования цинком; на Фиг. 9 представлена фотография поперечного среза лавинного фотодиода заявляемой конструкции, полученная с помощью сканирующего электронного микроскопа, демонстрирующая область легирования, ограниченную стоп⋅слоем из кремния.
Позициями на чертежах обозначены: 1 - подложка; 2 - буферный слой; 3 ⋅светопоглощающий слой; 4 - наименее удаленный от подложки слой в системе градиентного слоя; 5 - средний слой в системе градиентного слоя; 6 - наиболее удаленный от подложки слой в системе градиентного слоя; 7 - зарядный слой; 8 - первая часть верхнего слоя, содержащая область лавинного умножения; 9 - стоп⋅слой; 10 -вторая часть верхнего слоя с локальной областью легирования цинком; 11 - локальная область легирования цинком; 12 - контакт; 13 - контакт; 14 - охранное кольцо, 15 - защитный слой.
Осуществление изобретения
Далее представлено подробное описание заявляемых технических решений, не ограничивающее их сущность. Специалисту понятно, что изобретения имеют широкую область применения, и описание их осуществления носит исключительно пояснительный характер, демонстрирующий возможность достижения заявленного технического результата. Настоящие технические решения могут подвергаться различным изменениям и модификациям, понятным специалисту на основе прочтения данного описания. Такие изменения не ограничивают объем притязаний. Например, может изменяться количество эпитаксиальных слоев в гетероструктуре, их уровень легирования и толщины, состав отдельных слоев.
В обобщенном варианте выполнения полупроводниковая гетероструктура лавинного фотодиода содержит (см. Фиг. 1) последовательно расположенные на подложке 1 светопоглощающий слой 3, градиентный слой, содержащий систему, по меньшей мере, из трех слоев 4, 5, 6, верхний слой в составе трех слоев-частей - с первой частью 8, предназначенной для формирования области лавинного умножения, промежуточной (или средней) частью, выполненной в виде стоп⋅слоя 9, второй частью 10, предназначенной для формирования локальной области легирования цинком. Приведенные слои в составе гетероструктуры выращены методом молекулярно-лучевой эпитаксии.
Первая 8 и вторая 10 части верхнего слоя выполнены из InP. Стоп⋅слой 9, расположенный между указанными частями, предпочтительно выполнен из двух или четырех атомных слоев Si. Градиентный слой выполнен с возможностью устранения разрыва валентной зоны между светопоглощающим и последующим слоем системой из трех согласованных по параметру решетки с InP слоев четверного твердого раствора InxGayAl(1-x-y)As с 0<х<1, 0<у<1 и 0<(х+у)<1.
Возможен вариант реализации гетероструктуры, которая содержит перечисленные выше эпитаксиальные слои, а также буферный слой, расположенный непосредственно на подложке, и/или зарядный слой, расположенный между градиентным и верхним слоями.
Каждый слой гетероструктуры определяется своим компонентным составом и электрофизическими параметрами. Слои гетероструктуры должны иметь параметры постоянной кристаллической решетки, совпадающие с постоянной решетки подложки. Поскольку формирование слоев, отличных от верхнего слоя, значимо не влияет на достижение технического результата и находится в пределах возможностей специалистов в данной области техники, то последующее описание данных слоев представлено исключительно для лучшего понимания сущности заявляемых решений - конструкции ЛФД и способа его изготовления в целом. После прочтения раскрытия сущности изобретения специалистам в данной области техники будет понятно, как можно осуществить заявляемое изобретение для формирования различных типов лавинных фотодиодов, а также других полупроводниковых устройств, которые содержат р-n-переход.
Упомянутые слои полупроводниковой гетероструктуры в конструкции лавинного фотодиода выполнены с возможностью реализации следующих функций.
Светопоглощающий слой 3 выполнен с возможностью поглощения фотонов и генерирования в результате последнего электронно-дырочных пар - носителей заряда. Как правило, светопоглощающий слой 3 выполнен толщиной, обеспечивающей возможность поглощения не менее 90% падающего света длиной волны, подлежащей регистрации, из полупроводника, характеризующегося наименьшей шириной запрещенной зоны по сравнению с полупроводником, используемым для выполнения слоев, расположенных в направлении от подложки после светопоглощающего слоя. Толщина светопоглощающего слоя 3 составляет от 1 до 3 мкм. В одном из вариантов реализации изобретения светопоглощающий слой 3 выполнен из намеренно нелегированного In0,53Ga0,47As с концентрацией n-типа не более 2×1015 см-3. Состав светопоглощающего слоя 3 в отношении параметров решетки согласован с кристаллической решеткой InP.
Градиентный слой выполнен с возможностью сглаживания энергетического рельефа потолка валентной зоны, достижения сбалансированности параметров кристаллической решетки в отношении светопоглощающего слоя 3 и последующего, в направлении от подложки 1, слоя. Градиентный слой, выполненный с возможностью устранения между светопоглощающим и последующим слоем разрыва валентной зоны, реализован системой, по меньше мере, из трех согласованных по параметру решетки с InP слоев четверного твердого раствора InxGayAl(1-x-y)As с 0<х<1, 0<у<1 и 0<(х+у)<1. Максимальное количество слоев определяется разрывом в валентной зоне - 0,62 эВ. При рабочей температуре (215-230 К) этот разрыв должен быть преодолен зарядом дырки с шагом не менее 3 kT (около 60 мэВ), что составляет 9 слоев. В одном из вариантов осуществления изобретения указанные слои четверного твердого раствора могут быть реализованы одной и той же толщины, выбранной из интервала значений 15÷25 нм, например, 20 нм. Кроме того, слои системы могут быть реализованы с дискретным изменением молярной доли компоненты твердого раствора у, характеризующимся ее уменьшением от слоя к слою. Наибольшее значение указанной молярной доли компоненты твердого раствора у - в составе слоя 4, наименее удаленного от подложки. Наименьшее значение указанной молярной доли компоненты твердого раствора у - в составе слоя 6, наиболее удаленного от подложки.
В одном из вариантов осуществления изобретения в указанных слоях молярная доля компоненты твердого раствора х фиксирована, и составляет х=0,53. Слой 4, наименее удаленный от подложки, выполнен с составом намеренно нелегированного In0,53Ga0,41Al0,06As. Средний слой 5 выполнен с составом намеренно нелегированного In0,53Ga0,31Al0,16As. Слой 6, наиболее удаленный от подложки, выполнен с составом намеренно нелегированного In0,53Ga0,2Al0,27As.
Состав определяется шириной запрещенной зоны, в отношении слоя 4, наименее удаленного от подложки, ширина запрещенной зоны близка по величине к ширине запрещенной зоны светопоглощающего слоя 3. В то время как в отношении слоя 6, наиболее удаленного от подложки, ширина запрещенной зоны близка по величине к ширине запрещенной зоны последующего слоя (зарядного слоя 7 или слоя с областью лавинного умножения 8).
Оптимальным для градиентного слоя, является выполнение его системой в составе трех слоев с изменением молярной доли компоненты твердого раствора у вышеприведенным образом при указанном фиксированном значении молярной доли компоненты твердого раствора х, что в сочетании с указанными значениями толщины каждого из слоев обеспечивает достижение высокой квантовой эффективности.
Первая часть 8 из состава верхнего слоя, выполненная из InP, в которой расположена область лавинного умножения, предназначена для локализации области сильного электрического поля. Первая часть верхнего слоя выполнена из намеренного нелегированного InP с концентрацией n-типа не более 2×1015 см-3 и толщиной 0,3÷1,5 мкм.
Вторая часть 10 верхнего слоя предназначена для формирования локальной области легирования цинком, выполнена из намеренно нелегированного InP с концентрацией n-типа не более 2×1015 см-3 и толщиной 1,5÷3,5 мкм.
Стоп⋅слой 9 выполнен с возможностью подавления диффузии цинка. Стоп⋅слой определяет толщину области локального умножения и ограничивает глубину проникновения (залегания) легирующей примеси цинка. В одном из вариантов осуществления изобретения стоп⋅слой выполняют толщиной в два (0,293 нм) или четыре атомных слоя кремния. Выбор указанной толщины диктуется тем, что стоп⋅слой 9 должен быть электрически неактивным, не вносить значительных искажений в параметры кристаллической решетки.
В составе гетероструктуры на подложке 1 может быть расположен буферный слой 2 (см. Фиг. 1), являющийся вспомогательным слоем. Буферный слой выращивают для обеспечения высокого структурного совершенства формируемых на нем слоев за счет согласования им постоянных кристаллических решеток. В одном из вариантов осуществления изобретения буферный слой выполнен из InP, легированного Si, n-типа с концентрацией носителей заряда 2÷10×1018 см-3, толщиной 0,3÷1,5 мкм.
Кроме того, состав гетероструктуры может содержать зарядный слой 7. Его функция - реализация пространственного распределения электрического поля с максимальной напряженностью в области лавинного умножения, с локализацией ее между металлургической границей р+области локальной области легирования цинком и зарядным слоем. Также указанный слой предотвращает возможность формирования туннельного тока в светопоглощающем слое 3. Зарядный слой 7 выполнен между градиентным слоем и первой частью верхнего слоя, содержащей область лавинного умножения, 8 из InP, легированного кремнием, n-типа с концентрацией носителей заряда 0,5÷1×1017 см-3, толщиной от 0,1 до 0,3 мкм.
В качестве подложки 1 может быть использована подложка InP, легированная S, ориентации (001), n-типа проводимости.
На основе описанной полупроводниковой гетероструктуры в обобщенном варианте лавинный фотодиод (см. Фиг. 2) содержит сформированную в верхнем слое локальную область легирования цинком (область р+-типа) посредством диффузии цинка, обеспечивающую реализацию p-n-перехода, защитный слой 15, размещенный по крайней мере с планарной стороны гетероструктуры для доступа к локальной области легирования цинком 11, и электрические контакты 12 и 13.
Один из контактов - 12, расположен с планарной стороны, выполнен кольцевого типа и частично расположен на защитном слое 15. Предпочтительным является выполнение данного контакта из последовательно расположенных слоев Ti, Zn, Au толщиной 15-25 нм, 15-25 нм, и 140-160 нм, соответственно. Указанный контакт реализован с возможностью повышения его адгезии к защитному слою. Контакт 13 расположен на тыльной стороне подложки 1, выполнен из последовательно расположенных слоев Ge, Au, Ni, Au толщиной 15-25 нм, 20-50 нм, 15-25 нм, 180-220 нм, соответственно.
Лавинный фотодиод (см. Фиг. 2) содержит, кроме упомянутых конструктивных элементов, по крайней мере, одно охранное кольцо 14, а также снабжен просветляющим покрытием, расположенным на планарной стороне (на Фиг. 2 не показано). Охранное кольцо 14 (см. Фиг. 2) выполнено с возможностью охвата активной, рабочей, области устройства, и предназначено для минимизации поверхностного тока утечки. В устройстве может быть выполнено более одного охранных колец с образованием концентрической системы относительно активной области.
В обобщенном варианте предлагаемый способ изготовления полупроводниковой гетероструктуры включает последовательное выращивание на подложке 1 эпитаксиальных слоев методом молекулярной лучевой эпитаксии ⋅светопоглощающего слоя 3, градиентного слоя из системы, по меньшей мере, трех слоев 4, 5, 6, верхнего слоя в составе трех слоев-частей из InP - с первой частью 8, содержащей область лавинного умножения, которую выполняют в первую очередь, формируют из InP, затем выполняют промежуточный стоп⋅слой 9 из двух или четырех атомных слоев Si, после чего формируют вторую часть 10 из InP.
В частном случае реализации способа на подложке 1 выполняют молекулярно-лучевой эпитаксией последовательность слоев, представленную на фиг. 2.
Перед осуществлением роста эпитаксиальных слоев подложку InP, легированную 5, с ориентацией (001), n-типа проводимости, с концентрацией носителей заряда 1÷10×1018 см-3 подвергают обработке в целях получения атомарно-чистой поверхности. Проводят ее нагрев в ростовой камере установки молекулярно-лучевой эпитаксии до температуры 520÷540°С в потоке молекул As4 или As2 с плотностью 1÷3×1015 ат./см2⋅с и выдерживают в течение, как правило, 15-30 минут.
После окончания предварительной обработки на подложке 1 выполняют буферный слой 2. Слой выращивают из InP, осуществляя легирование Si с получением n-типа с концентрацией носителей заряда 2÷10×1018 см-3, толщиной 0,3÷1,5 мкм, при температуре роста 460÷520°С, при плотности потока молекул фосфора Р2 в пересчете на атомарный фосфор 1÷3×1015 ат./см2,с, при плотности потока атомов индия 0,2÷1×1015 ат./см2⋅с.
На буферном слое 2 формируют светопоглощающий слой 3. Слой выращивают намеренно нелегированным, например, из In0,53Ga0,47As n-типа с концентрацией носителей заряда не более 2×1013 см-3 и толщиной 1÷3 мкм. Рост осуществляют при температуре 460÷520°С, при плотности потока молекул мышьяка As4 или As2 в пересчете на атомарный мышьяк 1÷3×1015 ат./см2⋅с, при плотности потока атомов индия 0,2÷1×1015 ат./см2⋅с, при плотности потока атомов галлия 0,2÷1×1015 ат./см2⋅с, поддерживая соотношение между плотностями потоков атомов индия и галлия 0,53/0,47.
На светопоглощающем слое 3 формируют градиентный слой. Слой формируют системой, содержащей от 3 до 20 согласованных по параметру решетки с InP слоев четверного твердого раствора InxGayAl(1-x-y)As с 0<х<1, 0<у<1 и 0<(х+у)<1. В одном из вариантов реализации изобретения каждый из указанных слоев системы выполняют с одной и той же толщиной, например, 20 нм, с дискретным изменением молярной доли компоненты твердого раствора у, характеризующимся ее уменьшением от слоя к слою, с ее наибольшим значением в составе слоя, наименее удаленного от подложки, 4 с ее наименьшим значением в составе слоя, наиболее удаленного от подложки, 6. Слои выращивают при температуре роста 460÷540°С, при плотности потока молекул мышьяка As4 или As2 в пересчете на атомарный мышьяк 1÷3×1015 ат./см2'С, при плотности потока атомов индия 0,2÷1×1015 ат./см2⋅с, при плотности потока атомов галлия 2÷8×1014 ат./см2⋅с, при плотности потока атомов алюминия 0,4÷1×1014 ат./см2⋅с. В системе из трех слоев в указанных слоях молярную долю компоненты твердого раствора х фиксируют, х=0,53. Слой, наименее удаленный от подложки, 4 выращивают с составом намеренно нелегированного In0,53Ga0,41Al0,06As, поддерживая соотношение между плотностями потоков атомов индия к сумме потоков атомов галлия и алюминия 0,53/0,47, а соотношение между плотностями потоков атомов галлия и алюминия 0,41/0,06. Выращивание среднего слоя 5 осуществляют с составом намеренно нелегированного In0,53Ga0,31Al0,16As, поддерживая соотношение между плотностями потоков атомов индия к сумме потоков атомов галлия и алюминия 0,53/0,47, а соотношение между плотностями потоков атомов галлия и алюминия 0,31/0,16. Выращивание слоя, наиболее удаленного от подложки, 6 осуществляют с составом намеренно нелегированного In0,53Ga0,2Al0,27As, поддерживая соотношение между плотностями потоков атомов индия к сумме потоков атомов галлия и алюминия 0,53/0,47, а соотношение между плотностями потоков атомов галлия и алюминия 0,2/0,27.
После формирования градиентного слоя осуществляют рост зарядного слоя 7. Слой выращивают легированным, из InP. Легирование осуществляют кремнием с получением n-типа с концентрацией носителей заряда 0,5÷1×1017 см-3, толщиной 0,1÷0,3 мкм. Рост осуществляют при температуре 460÷540 С, при плотности потока молекул фосфора Р2 в пересчете на атомарный фосфор 1÷3×1015 ат./см2⋅с, при плотности потока атомов индия 0,2÷1×1015 ат./см2⋅с.
После формирования зарядного слоя приступают к формированию первой части верхнего слоя, содержащей область лавинного умножения, 8, которую выполняют из InP n-типа с концентрацией носителей не более 2×1015 см-3 толщиной 0,3÷1,5 мкм. Рост проводят при температуре 460÷540°С, при плотности потока молекул фосфора Р2 в пересчете на атомарный фосфор 1÷3×1015 ат./см2⋅с, при плотности потока атомов индия 0,2÷1×1015 ат./см2⋅с.
Затем формируют стоп⋅слой 9 из двух или четырех атомных слоев Si. Формирование осуществляют при температуре роста 400÷420°С, плотности потока атомов кремния 0,2÷1×1012 ат./см2⋅с, при фоновом давлении элементов V группы -фосфора и мышьяка - в зоне роста не более 2×10-9 Торр.
В завершение процесса изготовления полупроводниковой гетероструктуры формируют вторую часть верхнего слоя из InP в составе трех слоев-частей. Слой изготавливают из намеренно нелегированного InP n-типа с концентрацией носителей не более 2×1015 см-3, толщиной 1,5÷3,5 мкм. Рост осуществляют при температуре 460÷540°С, плотности потока молекул фосфора Р2 в пересчете на атомарный фосфор 1÷3×1015 ат./см2,с, плотности потока атомов индия 0,2÷1×1015 ат./см2⋅с.
В обобщенном варианте предлагаемый способ изготовления лавинного фотодиода на базе полученной полупроводниковой гетероструктуры включает получение локальной области легирования цинком 11 в верхнем слое, а именно в ее второй части 10, посредством осуществления диффузии цинка; формирование электрических контактов 12 и 13, один из которых - 12, выполняют с планарной стороны к локальной области легирования цинком, второй - 13, на тыльной стороне подложки.
При формировании локальной области легирования цинком сначала выполняют углубление (см. Фиг. 3-5) на поверхности второй части верхнего слоя из InP посредством сухого плазменного травления, обеспечивающего заданную геометрию углубления, плоскостность дна и гладкость стенок, и задающую требуемый профиль легирования в процессе диффузии, затем осуществляют диффузию цинка (см. Фиг. 6-8).
Локальную область легирования цинком во второй части верхнего слоя формируют с использованием литографических процессов. При этом используют позитивные фоторезисты Microchemical AmbH, Германия. Прямую фотолитографию для формирования меток совмещения и окон в диэлектрических маскирующих слоях проводят с помощью фоторезиста S1813G2SP15, который наносят толщиной, например, 1,4 мкм. Вскрытие окон в фоторезисте проводят соответствующими проявителями.
В частном случае реализации способа выполнение углубления на поверхности слоя из InP посредством сухого плазменного травления осуществляют тем, что сначала изготавливают защитную маску со сквозным окном для проведения сухого травления (см. Фиг. 3). Маску изготавливают на основе SiO2, синтезированного окислением моносилана в реакторе пониженного давления - при давлении 150 Торр (±5%), при температуре синтеза 195°С (±2,5%), толщиной 0,30 мкм (±10%). Для получения окна осуществляют прямую литографию в буферном травителе. Затем проводят сухое плазменное травление InP (см. Фиг. 4) в плазме высокочастотного разряда в среде BCl3:N2:Ar с использованием циклического режима травления-охлаждения (от 2 до 20 циклов). Соотношение газов-реагентов составляет 10:4:15 см3/мин. (±5%). Травление осуществляют при давлении 4 мТорр (±5%), со скоростью травления 37 нм/мин (±15%) до достижения глубины 0,2+1 мкм. Ухудшений морфологии, обусловленных проведением процесса, не выявлено: rms поверхности до травления составляло 1,2 нм, после - 1,1 нм. В результате получают углубление (см. Фиг. 5) с плоским зеркальным дном и зеркально-гладкими стенками.
Затем приступают к осуществлению диффузии цинка (см. Фиг. 6-8).
Используют защитную маску со сквозным окном для реализации диффузии, выполняя в ней сквозное окно, обеспечивающее свободный, без перекрывания, доступ к углублению и в отношении заданного участка поверхности слоя полупроводника по периметру углубления (см. Фиг. 6). Маску изготавливают на основе SiO2, синтезированного окислением моносилана в реакторе пониженного давления - при давлении 150 Торр (±5%), при температуре синтеза 150°С (±2,5%), толщиной 0,25÷0,35 мкм. Для получения окна осуществляют прямую литографию в буферном травителе. Далее проводят диффузию цинка (см. Фиг. 7) с использованием планарного источника на основе Zn3P2. В результате получают во второй части верхнего слоя 10 локальную область легирования цинком 11 с заданной геометрией (см. Фиг 8), глубиной до стоп⋅слоя 9.
Одновременно с получением локальной области легирования цинком 11 может быть сформировано (см. Фиг. 6-8) охранное кольцо 14 (см. Фиг. 2) за счет изготовления дополнительного сквозного окна в защитной маске, посредством которого обеспечивают диффузию цинка для его получения.
Легирование InP цинком может быть реализовано способами, доступными из уровня техники, в частности, проведением диффузии из плоского источника Zn3P2 [М.О. Петрушков, М.А. Путято, И.Б. Чистохин, Б.Р. Семягин, Е.А. Емельянов, М.Ю. Есин, Т.А. Гаврилова, А.В. Васев, В.В. Преображенский, Метод диффузии цинка в InP через узкий зазор с использованием планарного источника на основе Zn3P2, Письма в ЖТФ, 2018, т.44, №14, с. 19-25; патент RU 2686523] с достижением равномерности распределения профиля, глубины и уровня легирования по площади легирования, отсутствием термохимической эрозии поверхности InP.
Известные способы легирования образцов InP цинком обеспечивают максимальный уровень легирования до величины 1÷2×1018 см-3. Это отрицательно влияет на возможность получения низкого контактного сопротивления при формировании омического контакта к р+-области. Существенно увеличить уровень акцепторного легирования (в 5-7 раз) возможно при помощи последующего отжига. Экспериментально получено, что отжиг при 600°С в течение 1 мин приводит к повышению концентрации активной примеси в 6-7 раз; отжиг при 550°С в течение 2 мин - в 5-6 раз; отжиг при 500°С в течение 2 мин - в 3-4 раза, а при отжиге 450°С в течение 2 мин - в 2 раза. Увеличение времени отжига до 5-10 мин не приводит к существенному изменению концентрации, поскольку процесс быстро выходит на насыщение.
Таким образом, легирование осуществляют глубиной до стоп⋅слоя с достижением уровня легирования, обеспечивающего получение низкого контактного сопротивления, сопоставимого со значением 4,5×10-4 Ом⋅см2, после чего удаляют защитную маску со сквозным окном для реализации диффузии и получения локальной области легирования цинком (охранного кольца или системы охранных колец).
Далее изготавливают электрические контакты 12 и 13, один из которых - 12, выполняют с планарной стороны к локальной области легирования цинком, второй - 13, на тыльной стороне подложки.
Известно, что контакт с планарной стороны - к области локального легирования цинком 11 (см. Фиг. 8) может быть изготовлен с использованием способов, в которых применены стандартные композиции, например, Zn/Au или Au/Zn/Au [C.L. Cheng, L.A. Coldren, B.I. Miller, J.A. Rentschler, C.C. Shen. Electronics Letters, 1982, v. 18, No 17, p.755 -756.; E. Kuphal, Low resistance ohmic contacts to n- and p-InP, Solid-State Electronics, 1981, v. 24, No. 1, p. 69-78.; T. Clausen, O. Leistiko, Metallurgical optimization for ohmic contacts to InP using conventional metallization schemes, Microelectronic Engineering, 1992, v. 18, p. 305-325, K. Zhang, H. Tang, X. Wu, J. Xu, X. Li, H. Gong, Improved Au/Zn/Au ohmic contacts for p-type InP, Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, 2008; v. 03, p. 6621]. Кроме того, контакт может быть изготовлен с применением термического испарения [A. YAMAGUCHI, Material Characterization of Semiconductor Devices, SEI TECHNICAL REVIEW, 2010, v. 70, pp. 17-27]. Путем проведения экспериментальных исследований выявлено, что наилучшую адгезию контакта к легированной цинком поверхности InP (анод) достигают при его формировании с трехслойным металлическим слоем Ti/Zn/Au. При этом перед напылением подслоя титана поверхность InP подвергают ионной очистке в режиме, обеспечивающем минимальную толщину собственного оксидного слоя, контроль которой может быть реализован методом одноволновой эллипсометрии (ЛЭФ-3М). При повышении температуры вжигания контакта с 385 до 420°С контактное сопротивление р уменьшается на порядок, с величины порядка 10-3 Ом⋅см2 до 4,5×10-4 Ом⋅см2. Для контакта типа Ti/Zn/Au наименьшее значение ρ составляет 8,3×10-4 Ом⋅см2.
Таким образом, для реализации устройства формирование омического контакта к аноду из трехслойной композиции Ti/Zn/Au (например, 20/20/150 нм), напыляемой термическим способом, обеспечивается при вжигании контакта при температуре 400-420°С.
Омический контакт с тыльной стороны подложки - к катоду формируют с использованием стандартных процессов термического напыления четырехслойной композиции Ge/Au/Ni/Au (например, 20/40/20/200) нм с последующим вжиганием контакта.
Омический контакт к тыльной стороне подложки n-InP может быть изготовлен напылением многослойной композиции Ge/Au/Ni [A.G. Baca, F. Ren, J.С. Zolpera, R.D. Briggsa, S.J. Peartonc, A survey of ohmic contacts to III-V compound semiconductors, Thin Solid Films, 1997, v. 308-309, p. 599-606] со значениями толщины для указанных слоев, соответственно, 20, 40, 20 нм. Для уменьшения слоевого сопротивления контакта в виде Au/Ge/Ni на его поверхность дополнительно может быть осажден слой Au толщиной 100÷200 нм [Hung-Cheng Lin, Sidat Senanayake, Keh-Yung Cheng, Optimization of AuGe-Ni-Au Ohmic Contacts for GaAs MOSFETs, IEEE Transactions on Electron Devices, 2003, v. 50, No. 4, pp. 880-885]. Вжигание контакта реализовано в атмосфере водорода при температуре 385°С в течение 4-6 минут. Непосредственно перед напылением слоев металлизации и нанесением диэлектрических слоев проводят химическую обработку поверхности InP в разбавленном, например, 1:10, водном растворе хлористоводородной кислоты для удаления собственного оксидного слоя.
В качестве сведений, подтверждающих возможность осуществления технических решений с достижением указанного технического результата, приведены нижеследующие примеры, согласно которым были изготовлены три варианта лавинных фотодиодов (Примеры 1-3), где в Таблицах 1-8 представлены технологические параметры формирования эпитаксиальных слоев полупроводниковой гетероструктуры, в Таблицах 9-11 представлены технологические параметры изготовления лавинного фотодиода, включая параметры проведения диффузии цинка для формирования р+-области в верхнем слое гетероструктуры, параметры формирования омических контактов. В Таблице 12 представлены рабочие параметры изготовленных лавинных фотодиодов.
Изготовление полупроводниковой гетероструктуры.
Изготовление лавинного фотодиода
Полученные полупроводниковые гетерострутуры по примерам 1-3 использовали для изготовления трех лавинных фотодиодов.
Полученные полупроводниковые гетероструктуры и лавинные фотодиоды были измерены и протестированы в системе для регистрации одиночных фотонов.
Электрон-дырочные пары, фотогенерированные в слое In0.53Ga0.47As (ширина запрещенной зоны Eg ~ 0,75 эВ при комнатной температуре от 20 до 26°С), разделяются под действием электрического поля. Дырки дрейфуют в область лавинного умножения широкозонного InP (ширина запрещенной зоны Eg ~ 1,35 эВ при комнатной температуре от 20 до 26°С), где возможно, подобно триггеру, возникновение лавинного тока. Между светопоглощающим слоем и областью лавинного умножения расположен зарядный слой, посредством которого происходит формирование сильного электрического поля в области лавинного умножения и слабого электрического поля в светопоглощающем слое. Слой градиентного состава InGaAlAs снижает эффект накопления дырок, связанных с разрывом валентной зоны на 0,60-0,62 эВ и обеспечивает согласование по постоянной кристаллической решетки.
Диффузионное распределение р+-области в наиболее удаленном от подложки слое -i-слое InP получаемой формы на глубину около 2 мкм позволяет, во-первых, предотвратить возникновение локального преждевременного электрического пробоя (краевые геометрические эффекты р-n перехода) и, во-вторых, локализовать область сильного электрического поля. Для формирования требуемого профиля р+-области в данной конструкции используют диффузионное легирование цинком с предварительно вытравленным InP на глубину 0,5 мкм через окно в диэлектрическом маскирующем слое. Выполненные охранные кольца, окружающие р+-область ОЛФД минимизируют поверхностные утечки. Ток утечки по периферии не должен подвергаться лавинному умножению.
На экспериментальном стенде были проведены измерения основных параметров лавинного фотодиода (величина темнового тока, частота темнового счета, квантовая эффективность счета). Стенд работает в импульсном режиме (gated) с активным гашением лавины. В качестве источника одиночных фотонов использовалось излучение лазерного диода с длиной волны 1550 нм, ослабляемое до однофотонного уровня.
Генерируемый лавинный ток лавинного фотодиода через разделительную емкость попадал на один из входов компаратора. Уровни срабатывания компаратора регулируются преобразователем. Разностное напряжение выше уровня срабатывания попадает на формирователь импульсов и далее сигнал считывается программируемой логической интегральной схемой. Одновременно подается сигнал на блок стробирования/активного гашения, что приводит к активному гашению лавинного тока. В исходное состояние система приводится с помощью подачи контроллером сигнала.
В gated режиме импульсный сигнал имеет вид строба длительностью 5 не с регулируемой частотой повторения 0,1-100 МГц.
Управление установкой счета фотонов осуществляется с помощью команд длиной 5 байт.В случае появления лавинного тока через лавинный фотодиод срабатывает блок регистрации лавины и возникает сигнал. Это приводит к запуску модуля, который по прошествии времени ожидания формирует сигнал срабатывания лавины. Далее определяется количество срабатываний фотоприемного модуля. После окончания работы модуля данные передаются на компьютер.
В таблице 12 приведены результаты измерений разброса параметров лавинных диодов. Измеренные значения темнового тока при температуре 216 К составили 3 10-12 А при обратном напряжении 0,95 от напряжения пробоя 65-67 В. Частота темнового счета в гейгеровском режиме составила около 40 кГц, а квантовая эффективность счета 15%. Данные параметры соответствуют требованиям, предъявляемым к детекторам одиночных фотонов в оптоволоконных квантовых системах связи.
Claims (29)
1. Полупроводниковая гетероструктура для лавинного фотодиода, содержащая расположенные на подложке эпитаксиальные слои, включая верхний слой в составе по меньшей мере двух слоев-частей - с первой частью, предназначенной для формирования области лавинного умножения, и второй частью, предназначенной для формирования локальной области легирования цинком, выполненной из InP, отличающаяся тем, что первая часть выполнена из InP и отделена от второй части промежуточной частью в виде эпитаксиального стоп-слоя, выполненного из кристаллического кремния (Si) с возможностью обеспечения электрической неактивности данного стоп-слоя в материале InP.
2. Полупроводниковая гетероструктура по п. 1, отличающаяся тем, что стоп-слой выполнен из двух или четырех атомных слоев кремния.
3. Полупроводниковая гетероструктура по п. 1, отличающаяся тем, что первая и вторая части верхнего слоя выполнены из намеренно нелегированного InP с допустимой концентрацией носителей заряда n-типа не более 2×1015 см-3, при этом первая часть верхнего слоя имеет толщину 0,3÷1,5 мкм, вторая часть - 1,5÷3,5 мкм.
4. Полупроводниковая гетероструктура по п. 1, отличающаяся тем, что содержит градиентный слой, расположенный в составе эпитаксиальных слоев между подложкой и верхним слоем и выполненный в виде системы из 2÷9 согласованных по параметру решетки с InP слоев четверного твердого раствора InxGayAl(l-x-y)As с 0<х<1, 0<у<1 и 0<(х+у)<1 с возможностью устранения разрыва валентной зоны между смежными с ним эпитаксиальными слоями.
5. Полупроводниковая гетероструктура по п. 4, отличающаяся тем, что градиентный слой выполнен в виде системы, включающей три слоя четверного твердого раствора InxGayAl(1-x-y)As с дискретным изменением молярной доли компоненты твердого раствора у, характеризующимся ее уменьшением от слоя к слою, с ее наибольшим значением в составе слоя, наименее удаленного от подложки, с ее наименьшим значением в составе слоя, наиболее удаленного от подложки.
6. Полупроводниковая гетероструктура по п. 4, отличающаяся тем, что слои четверного твердого раствора InxGayAl(1-x-y)As выполнены одной и той же толщины.
7. Полупроводниковая гетероструктура по п. 4, отличающаяся тем, что слои четверного твердого раствора InxGayAl(1-x-y)As выполнены толщиной 15-25 нм.
8. Полупроводниковая гетероструктура по п. 5, отличающаяся тем, что в слоях четверного твердого раствора InxGayAl(1-x-y)As молярная доля компоненты твердого раствора х фиксирована, х=0,53, слой, наименее удаленный от подложки, выполнен с составом намеренно нелегированного In0,53Ga0,41Al0,06As, средний слой выполнен с составом намеренно нелегированного In0,53Ga0,31Al0,16As, слой, наиболее удаленный от подложки, выполнен с составом намеренно нелегированного In0,53Ga0,2Al0,27As.
9. Полупроводниковая гетероструктура по п. 1, отличающаяся тем, что содержит буферный слой, расположенный в составе эпитаксиальных слоев непосредственно на подложке, который выполнен из InP, легированного Si, n-типа с концентрацией носителей заряда 2÷10×1018 см-3, толщиной 0,3÷1,5 мкм.
10. Полупроводниковая гетероструктура по п. 1, отличающаяся тем, что содержит светопоглощающий слой, расположенный в составе эпитаксиальных слоев между подложкой и верхним слоем и выполненный из намеренно нелегированного In0,53Ga0,47As с концентрацией носителей заряда n-типа не более 2×1015 см-3, толщиной 1÷3 мкм.
11. Полупроводниковая гетероструктура по п. 1, отличающаяся тем, что содержит зарядный слой, расположенный в составе эпитаксиальных слоев между подложкой и верхним слоем, при этом зарядный слой выполнен из InP, легированного кремнием, n-типа с концентрацией носителей заряда 0,5÷1×1017 см-3, толщиной 0,1÷0,3 мкм.
12. Полупроводниковая гетероструктура по п. 1, отличающаяся тем, что использована подложка InP ориентации (001), n-типа проводимости.
13. Лавинный фотодиод, включающий полупроводниковую гетероструктуру, содержащую расположенные на подложке эпитаксиальные слои, верхний слой которой выполнен в составе по меньшей мере двух слоев-частей - с первой частью, предназначенной для формирования области лавинного умножения, и второй частью, выполненной из InP и содержащей сформированную локальную область легирования цинком; гетероструктура снабжена по крайней мере с планарной стороны защитным слоем из SiO2 со сквозным окном для доступа к локальной области легирования цинком и электрическими контактами, один из которых выполнен с планарной стороны к локальной области легирования цинком, второй расположен на тыльной стороне подложки, отличающийся тем, что гетероструктура выполнена по п. 1, электрический контакт с планарной стороны выполнен кольцевого типа, частично расположенный на защитном слое, реализован с возможностью повышения прочности его адгезии к защитному слою.
14. Лавинный фотодиод по п. 13, отличающийся тем, что контакт кольцевого типа с планарной стороны выполнен из последовательно расположенных слоев Ti, Zn, Au толщиной 15-25 нм, 15-25 нм и 140-160 нм соответственно.
15. Лавинный фотодиод по п. 13, отличающийся тем, что контакт, расположенный на тыльной стороне подложки, выполнен из последовательно расположенных слоев Ge, Au, Ni, Au толщиной 15-25 нм, 20-50 нм, 15-25 нм, 180-220 нм соответственно.
16. Способ изготовления полупроводниковой гетероструктуры по п. 1, включающий эпитаксиальное выращивание на подложке слоев, включая верхний слой, в составе по меньшей мере двух слоев-частей - с первой частью, предназначенной для формирования области лавинного умножения, и второй частью, предназначенной для формирования локальной области легирования цинком, выполненной из InP, отличающийся тем, что указанное эпитаксиальное выращивание слоев осуществляют посредством молекулярно-лучевой эпитаксии; при формировании верхнего слоя ее первую часть выполняют из InP, затем на первой части формируют стоп-слой из эпитаксиального кристаллического кремния (Si) с возможностью обеспечения электрической неактивности данного стоп-слоя в материале InP, на котором далее формируют вторую часть верхнего слоя.
17. Способ по п. 16, отличающийся тем, что первую часть верхнего слоя выращивают при температуре 460÷540°С, плотности потока молекул фосфора Р2 в пересчете на атомарный фосфор 1÷3×10l5 ат./см2⋅с, плотности потока атомов индия 0,2÷1×1015ат./см2⋅с.
18. Способ по п. 16, отличающийся тем, что стоп-слой формируют при температуре роста 400÷420°С, плотности потока атомов кремния 0,2÷1×1012 ат./см2⋅с, при фоновом давлении элементов V группы - фосфора и мышьяка - в зоне роста не более 2×10-9 Торр.
19. Способ по п. 16, отличающийся тем, что вторую часть верхнего слоя выращивают при температуре 460÷540°С, плотности потока молекул фосфора P2 в пересчете на атомарный фосфор 1÷3×1015 ат./см2⋅с, плотности потока атомов индия 0,2÷1×1015ат./см2⋅с.
20. Способ по п. 16, отличающийся тем, что градиентный слой выращивают при температуре роста 460÷540°С, плотности потока молекул мышьяка As4 или As2 в пересчете на атомарный мышьяк 1÷3×1015 ат./см2⋅с, плотности потока атомов индия 0,2÷1×1015 ат./см2⋅с, плотности потока атомов галлия 2÷9×1014 ат./см2⋅с, плотности потока атомов алюминия 0,4÷1×1014 ат./см2⋅с.
21. Способ по п. 16, отличающийся тем, что буферный слой выращивают при температуре роста 460÷520°С, плотности потока молекул фосфора Р2 в пересчете на атомарный фосфор 1÷3×1015 ат./см2⋅с, плотности потока атомов индия 0,2÷1×1015 ат./см2⋅с.
22. Способ по п. 16, отличающийся тем, что светопоглощающий слой выращивают при температуре 460÷520°С, плотности потока молекул мышьяка As4 или As2 в пересчете на атомарный мышьяк 1÷3×1015 ат./см2⋅с, плотности потока атомов индия 0,2÷0,9×1015ат./см2⋅с, атомов галлия 0,18÷0,8×1015ат./см2⋅с.
23. Способ по п. 16, отличающийся тем, что зарядный слой выращивают при температуре 460÷540°С, плотности потока молекул фосфора Р2 в пересчете на атомарный фосфор 1÷3×1015 ат./см2⋅с, плотности потока атомов индия 0,2÷1×1015 ат./см2⋅с.
24. Способ по п. 16, отличающийся тем, что подложку перед осуществлением роста эпитаксиальных слоев обрабатывают для получения атомарно-чистой поверхности, для чего проводят ее нагрев в ростовой камере установки молекулярно-лучевой эпитаксии до температуры 520÷540°С в потоке молекул As4 или As2 с плотностью 1÷3×1015 ат./см2⋅с и выдерживают в течение 15÷30 минут.
25. Способ изготовления лавинного фотодиода по п. 13, включающий формирование на подложке полупроводниковой гетероструктуры, включающей верхний слой, формирование в верхнем слое локальной области легирования цинком посредством диффузии цинка через предварительно сформированное углубление, формирование электрических контактов, один из которых выполняют с планарной стороны к локальной области легирования цинком, второй - на тыльной стороне подложки, отличающийся тем, что полупроводниковую гетероструктуру формируют способом по п. 17, при этом углубление для диффузии цинком выполняют во второй части верхнего слоя посредством сухого плазменного травления, обеспечивающего заданную геометрию углубления, плоскостность дна и гладкость стенок и задающего требуемый профиль легирования в процессе диффузии.
26. Способ по п. 25, отличающийся тем, что для реализации этапа сухого плазменного травления сначала на верхнем слое формируют защитную маску со сквозным окном, при этом маску изготавливают на основе SiO2, синтезированного окислением моносилана в реакторе пониженного давления - при давлении 150 Торр, при температуре синтеза 195°С, толщиной 0,3 мкм, для получения окна осуществляют прямую литографию и травление SiO2 в буферном травителе, затем проводят сухое плазменное травление InP в плазме высокочастотного разряда в среде BCl3:N2:Ar с использованием циклического режима травления-охлаждения при соотношении газов-реагентов, равном 10:4:15 см3/мин, при давлении 4 мТорр, со скоростью травления 37 нм/мин до достижения глубины 0,2÷1 мкм, после чего защитную маску удаляют для осуществления процесса диффузии цинка.
27. Способ по п. 25, отличающийся тем, что диффузию цинка проводят с использованием планарного источника на основе Zn3P2 глубиной до стоп-слоя с уровнем легирования, обеспечивающим получение значения контактного сопротивления не более 4,5×10-4 Ом⋅см2.
28. Способ по п. 25, отличающийся тем, что контакт с планарной стороны к локальной области легирования цинком с частичным расположением его на защитном слое изготавливают методом обратной фотолитографии по многослойной металлизации Ti/Zn/Au с использованием термического испарения для осаждения указанной трехслойной композиции с достижением необходимых толщин, с последующим вжиганием в течение 0,5÷1,5 мин в атмосфере водорода при температуре 400÷420°С.
29. Способ по п. 25, отличающийся тем, что контакт, расположенный на тыльной стороне подложки, изготавливают напылением композиции Ge/Au/Ni/Au с достижением необходимых толщин, с последующим вжиганием в течение 4÷6 мин в атмосфере водорода при температуре 350÷400°С.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021110793A RU2769749C1 (ru) | 2021-04-16 | 2021-04-16 | Лавинный фотодиод и способ его изготовления |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021110793A RU2769749C1 (ru) | 2021-04-16 | 2021-04-16 | Лавинный фотодиод и способ его изготовления |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2769749C1 true RU2769749C1 (ru) | 2022-04-05 |
Family
ID=81075917
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021110793A RU2769749C1 (ru) | 2021-04-16 | 2021-04-16 | Лавинный фотодиод и способ его изготовления |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2769749C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU221645U1 (ru) * | 2023-09-01 | 2023-11-15 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Полупроводниковый фотодиод для инфракрасного излучения |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02119274A (ja) * | 1988-10-28 | 1990-05-07 | Fujitsu Ltd | アバランシェフォトダイオード |
| JPH04125977A (ja) * | 1990-09-17 | 1992-04-27 | Nec Corp | ヘテロ多重構造アバランシ・フォトダイオード |
| US7045833B2 (en) * | 2000-09-29 | 2006-05-16 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Avalanche photodiodes with an impact-ionization-engineered multiplication region |
| JP4125977B2 (ja) * | 2003-03-10 | 2008-07-30 | リンナイ株式会社 | バーナの支持構造 |
| CN106887469A (zh) * | 2017-03-22 | 2017-06-23 | 武汉光谷量子技术有限公司 | 一种雪崩二极管的外延结构及雪崩二极管的制造方法 |
| RU2654386C1 (ru) * | 2016-12-27 | 2018-05-17 | Акционерное общество "НПО "Орион" | Способ изготовления планарного лавинного фотодиода |
| US20180366909A1 (en) * | 2017-06-14 | 2018-12-20 | Oclaro Japan, Inc. | Optical semiconductor device, optical subassembly, and optical module |
-
2021
- 2021-04-16 RU RU2021110793A patent/RU2769749C1/ru active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02119274A (ja) * | 1988-10-28 | 1990-05-07 | Fujitsu Ltd | アバランシェフォトダイオード |
| JPH04125977A (ja) * | 1990-09-17 | 1992-04-27 | Nec Corp | ヘテロ多重構造アバランシ・フォトダイオード |
| US7045833B2 (en) * | 2000-09-29 | 2006-05-16 | Board Of Regents, The University Of Texas System | Avalanche photodiodes with an impact-ionization-engineered multiplication region |
| JP4125977B2 (ja) * | 2003-03-10 | 2008-07-30 | リンナイ株式会社 | バーナの支持構造 |
| RU2654386C1 (ru) * | 2016-12-27 | 2018-05-17 | Акционерное общество "НПО "Орион" | Способ изготовления планарного лавинного фотодиода |
| CN106887469A (zh) * | 2017-03-22 | 2017-06-23 | 武汉光谷量子技术有限公司 | 一种雪崩二极管的外延结构及雪崩二极管的制造方法 |
| US20180366909A1 (en) * | 2017-06-14 | 2018-12-20 | Oclaro Japan, Inc. | Optical semiconductor device, optical subassembly, and optical module |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU221645U1 (ru) * | 2023-09-01 | 2023-11-15 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Полупроводниковый фотодиод для инфракрасного излучения |
| RU223273U1 (ru) * | 2023-12-01 | 2024-02-12 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО" | Гетероструктура однофотонного лавинного фотодиода |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4894752B2 (ja) | 半導体受光素子及びその製造方法 | |
| WO2013058715A1 (en) | Avalanche photodiode | |
| KR101805385B1 (ko) | 단일광자 애벌란치 다이오드와 그 제조 방법 | |
| TW201251079A (en) | Photon recycling in an optoelectronic device | |
| Wegrzecka et al. | Design and properties of silicon avalanche photodiodes | |
| US20130207160A1 (en) | Semiconductor light detecting element | |
| CA2070708C (en) | Visible and infrared indium antimonide (insb) photodetector with non-flashing light receiving surface | |
| TW202015249A (zh) | 具有稀釋氮化物層的光電器件 | |
| US8999744B2 (en) | Avalanche photodiodes and methods of fabricating the same | |
| RU2769749C1 (ru) | Лавинный фотодиод и способ его изготовления | |
| Kurtz et al. | Modeling of electron diffusion length in GaInAsN solar cells | |
| US6756613B2 (en) | Shallow-mesa structure for planar PIN and APD photodiodes | |
| JP2833438B2 (ja) | 単一波長受光素子 | |
| Liu et al. | Double mesa sidewall silicon carbide avalanche photodiode | |
| US20220045230A1 (en) | Short wavelength infrared optoelectronic devices having graded or stepped dilute nitride active regions | |
| CA1292055C (en) | Ingaas/inp type pin photodiodes | |
| US8263966B2 (en) | Photodetector and method for manufacturing photodetector | |
| Levine et al. | Characterization of wafer bonded photodetectors fabricated using various annealing temperatures and ambients | |
| RU2680983C1 (ru) | Способ изготовления мощного фотодетектора | |
| JP4719763B2 (ja) | 受信器の製造方法 | |
| Chi et al. | Planar InP/InGaAsP three-dimensional graded-junction avalanche photodiode | |
| Chen | High quantum efficiency ultraviolet avalanche photodiode | |
| Bushnell | Optimisation of strain-compensated multi-quantum well solar cells | |
| CN116417526A (zh) | 一种改善apd响应度均匀性的方法和光电二极管 | |
| Blokhin et al. | Zn diffusion from vapor phase into InGaAs/InP heterostructure using diethylzinc as a p-dopant source |