RU2790061C1 - Method for manufacturing a two-spectrum photosensitive element based on a schottky barrier - Google Patents
Method for manufacturing a two-spectrum photosensitive element based on a schottky barrier Download PDFInfo
- Publication number
- RU2790061C1 RU2790061C1 RU2022115606A RU2022115606A RU2790061C1 RU 2790061 C1 RU2790061 C1 RU 2790061C1 RU 2022115606 A RU2022115606 A RU 2022115606A RU 2022115606 A RU2022115606 A RU 2022115606A RU 2790061 C1 RU2790061 C1 RU 2790061C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- substrate
- barrier
- deposition
- reverse side
- manufacturing
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Заявляемый способ изготовления двухспектрального фоточувствительного элемента относится к области технологий производства полупроводниковых приборов, предназначенных для обнаружения и регистрации излучений ближнего ультрафиолетового (УФ) и среднего инфракрасного (ИК) спектрального диапазона.The claimed method of manufacturing a two-spectrum photosensitive element relates to the field of technologies for the production of semiconductor devices designed to detect and record radiation in the near ultraviolet (UV) and mid-infrared (IR) spectral range.
Способ изготовления устройства включает в себя формирование на эпитаксиальной структуре GaP n-типа фотодиодов Шоттки с разными высотами барьеров для независимой регистрации ближнего УФ и среднего ИК излучений. Создание устройства включает в себя формирование на эпитаксиальной структуре фоточувствительных элементов, диодов Шоттки. Диод Шоттки с высотой барьера 1,3 В, предназначенный для регистрации ближнего УФ излучения, сформирован на эпитаксиальном слое с концентрацией n = 1016 см-3, а диод Шоттки с высотой барьера 0,3 В, предназначенный для регистрации среднего ИК излучения, сформирован на подложке с концентрацией n = 2×1019 см-3.The method for manufacturing the device includes the formation of n-type Schottky photodiodes on the GaP epitaxial structure with different barrier heights for independent detection of near UV and mid-IR radiation. The creation of the device includes the formation of photosensitive elements, Schottky diodes, on the epitaxial structure. A Schottky diode with a barrier height of 1.3 V, designed to detect near UV radiation, is formed on an epitaxial layer with a concentration of n = 10 16 cm -3 , and a Schottky diode with a barrier height of 0.3 V, designed to detect mid-IR radiation, is formed on a substrate with a concentration n = 2×10 19 cm -3 .
Устройства, полученные этим способом, являются двухспектральными фотоприемными приборами, имеющими возможность одновременно принимать оптические излучения с разными длинами волн, ближнего УФ и среднего ИК.Devices obtained by this method are dual-spectrum photodetectors capable of simultaneously receiving optical radiation with different wavelengths, near UV and mid-IR.
Заявляемый способ позволяет изготавливать устройства, способные работать в двух спектральных диапазонах - ближнем УФ и среднем ИК, являющимися двухспектральными фотоприемниками: часть элементов сформирована на эпитаксиальном слое GaP по меза-технологии имеющимся фотошаблоном, и работающие в ближнем ультрафиолетовом диапазоне, как пороговые приборы (чувствительность обеспечивается за счет собственного поглощения), другая часть элементов сформирована на подложке GaP, с использованием нового фотошаблона по меза-технологии с предварительным травлением (фотошаблон нанесен на подложку омического контакта), работающие в среднем инфракрасном диапазоне, как обнаружители мощных оптических сигналов (чувствительность обеспечивается за счет поглощения на свободных носителях заряда и разделении «горячих» носителей на барьере Шоттки с более низкой высотой барьера).The claimed method makes it possible to manufacture devices capable of operating in two spectral ranges - near UV and mid-IR, which are two-spectrum photodetectors: some of the elements are formed on the GaP epitaxial layer using a mesa technology with an available photomask, and operate in the near ultraviolet range, as threshold devices (sensitivity is provided due to its own absorption), the other part of the elements is formed on the GaP substrate, using a new photomask using mesa technology with preliminary etching (the photomask is applied to the ohmic contact substrate), operating in the mid-infrared range as high-power optical signal detectors (sensitivity is provided by absorption on free charge carriers and separation of "hot" carriers at the Schottky barrier with a lower barrier height).
Наиболее близким к заявляемому способу и принятым за прототип является способ изготовления двухспектрального фотоприемного элемента, изобретение двухспектрального фотоприемного устройства [патент RU 2708553, H01L 27/14], в котором создание фоточувствительного элемента, предназначенного для детектирования мощных оптических сигналов среднего ИК за счет поглощения на свободных носителях заряда и разделении «горячих» носителей на барьере Шоттки с более низкой высотой барьера, было получено формированием диода Шоттки к приповерхностной области с повышенной концентрацией носителей заряда n = 1019 см-3, методом ионной имплантации, на эпитаксиальном слое.Closest to the claimed method and taken as a prototype is a method for manufacturing a two-spectrum photodetector element, the invention of a two-spectrum photodetector [patent RU 2708553, H01L 27/14], in which the creation of a photosensitive element designed to detect high-power optical signals of the middle IR due to absorption on free charge carriers and the separation of "hot" carriers on a Schottky barrier with a lower barrier height, was obtained by forming a Schottky diode to the near-surface region with an increased concentration of charge carriers n = 10 19 cm -3 , by the ion implantation method, on the epitaxial layer.
Способ изготовления прототипа включает в себя следующие технологические операции:The prototype manufacturing method includes the following technological operations:
1. Формирование маски фоторезиста под ионную имплантацию в эпитаксиальный слой;1. Formation of a photoresist mask for ion implantation into the epitaxial layer;
2. Ионная имплантация;2. Ion implantation;
3. Удаление фоторезиста;3. Photoresist removal;
4. Осаждение диэлектрика на обе стороны;4. Dielectric deposition on both sides;
5. Отжиг имплантированного слоя;5. Annealing of the implanted layer;
6. Удаление диэлектрика с обеих сторон;6. Removal of the dielectric from both sides;
7. Напыление AuGe на обратную сторону подложки;7. AuGe deposition on the reverse side of the substrate;
8. Быстрый термический отжиг (БТО);8. Rapid thermal annealing (RHT);
9. Напыление Ti-Au на обратную сторону подложки;9. Ti-Au deposition on the reverse side of the substrate;
10. Напыление барьерного Au на эпитаксиальный слой;10. Deposition of barrier Au on the epitaxial layer;
11. Травление барьерного Au + меза-технология;11. Barrier Au etching + mesa technology;
12. Формирование маски фоторезиста под «взрыв»;12. Formation of a photoresist mask under the "explosion";
13. Напыление контактного Аи на эпитаксиальный слой;13. Deposition of contact Au on the epitaxial layer;
14. «Взрыв» Au с фоторезистом.14. "Explosion" of Au with a photoresist.
В заявляемом способе технический результат достигается тем, что для создания фоточувствительного элемента, предназначенного для детектирования мощных оптических сигналов среднего ИК за счет поглощения на свободных носителях заряда и разделении «горячих» носителей на барьере Шоттки с более низкой высотой барьера, была задействована сама подложка, концентрация носителей заряда в которой (n = 2×1019 см-3) выше, чем в эпитаксиальном слое (n = 1016 см-3). Это реализуется следующими технологическими операциями:In the claimed method, the technical result is achieved by the fact that in order to create a photosensitive element designed to detect high-power optical mid-IR signals due to absorption on free charge carriers and separation of "hot" carriers on a Schottky barrier with a lower barrier height, the substrate itself was used, the concentration charge carriers in which (n = 2×10 19 cm -3 ) is higher than in the epitaxial layer (n = 10 16 cm -3 ). This is realized by the following technological operations:
1. Напыление AuGe на обратную сторону подложки;1. AuGe deposition on the reverse side of the substrate;
2. Быстрый термический отжиг (БТО);2. Rapid thermal annealing (RHT);
3. Напыление Ti4-Au на обратную сторону подложки;3. Ti4-Au deposition on the reverse side of the substrate;
4. Формирование маски фоторезиста на обратной стороне под травление Au-Ti-AuGe до подложки;4. Formation of a photoresist mask on the reverse side for Au-Ti-AuGe etching to the substrate;
5. Напыление барьерного Au на обратную сторону подложки;5. Deposition of barrier Au on the reverse side of the substrate;
6. Травление барьерного Au + меза-технология;6. Barrier Au etching + mesa technology;
7. Напыление барьерного Au на эпитаксиальный слой;7. Deposition of barrier Au on the epitaxial layer;
8. Травление барьерного Au + меза-технология;8. Barrier Au etching + mesa technology;
9. Формирование маски фоторезиста под «взрыв»;9. Formation of the photoresist mask under the "explosion";
10. Напыление контактного Au на эпитаксиальную сторону;10. Deposition of contact Au on the epitaxial side;
11. «Взрыв» Au с фоторезистом.11. "Explosion" of Au with a photoresist.
Способ изготовления двухспектрального фоточувствительного элемента включает в себя формирование на эпитаксиальной структуре GaP n - типа фотодиодов Шоттки для независимой регистрации ближнего УФ и среднего ИК спектра. Формирование кристалла включает в себя: создание на подложке эпитаксиальной структуры GaP с концентрацией носителей заряда n = 2×1019 см-3 омического контакта (AuGe-GaP), контактной металлизации (Au-Ti), диода Шоттки (Au-GaP); создание на эпитаксиальном слое GaP с концентрацией носителей заряда n = 1016 см-3 диода Шоттки (Au-GaP), контакта к диоду Шоттки (Au).The method for manufacturing a two-spectrum photosensitive element includes the formation of Schottky photodiodes on the GaP epitaxial structure of the n-type for independent registration of the near UV and mid-IR spectrum. Crystal formation includes: creation on the substrate of an epitaxial GaP structure with a charge carrier concentration n = 2×10 19 cm -3 of an ohmic contact (AuGe-GaP), contact metallization (Au-Ti), a Schottky diode (Au-GaP); creation of a Schottky diode (Au-GaP) on the GaP epitaxial layer with a charge carrier concentration n = 10 16 cm -3 , a contact to the Schottky diode (Au).
Способ изготовления поясняется рисунком фиг.1. Структура двухспектрального фоточувствительного элемента.The manufacturing method is illustrated by the figure of Fig.1. Structure of a two-spectral photosensitive element.
Устройство с фоточувствительными элементами в виде диодов Шоттки изготовленное по заявляемому способу представляет собой однослойную эпитаксиальную структуру на основе фосфида галлия (GaP) включает в себя:A device with photosensitive elements in the form of Schottky diodes manufactured according to the claimed method is a single-layer epitaxial structure based on gallium phosphide (GaP) and includes:
1 - подложку монокристаллического GaP (n = 2×1019 см-3);1 - single-crystal GaP substrate (n = 2×10 19 cm -3 );
2 - эпитаксиальный слой GaP (n = 1016 см-3);2 - GaP epitaxial layer (n = 10 16 cm -3 );
3 - омический контакт к подложке золото-германий (Au-Ge);3 - ohmic contact to the gold-germanium (Au-Ge) substrate;
4 - золото с подслоем титана (Au-Ti);4 - gold with titanium sublayer (Au-Ti);
5 - толстое золото (d (Au) = 3000 Å) к подложке выполняющее функцию барьерного и контактного;5 - thick gold (d (Au) = 3000 Å) to the substrate, acting as a barrier and contact;
6 - тонкое барьерное золото (d (Au) = 100 Å) и толстое контактное (d (Au) = 3000 Å) к эпитаксиальному слою.6 - thin barrier gold (d (Au) = 100 Å) and thick contact gold (d (Au) = 3000 Å) to the epitaxial layer.
Две вариации фоточувствительных элементов на основе барьера Шоттки Au-GaP одного типа проводимости чувствительны в двух разных диапазонах спектра: ближнем УФ и среднем ИК.Two variations of photosensitive elements based on the Au-GaP Schottky barrier of the same type of conductivity are sensitive in two different spectral ranges: near UV and mid-IR.
Заявляемый способ изготовления отличается от способа прототипа тем, что диод Шоттки, с низкой высотой барьера, для регистрации среднего ИК излучения формируется к подложке эпитаксиальной структуры GaP с высокой концентрацией носителей заряда n = 2×1019 см-3, тогда как в способе-прототипе для создания такого же диода Шоттки была сделана ионная имплантация в эпитаксиальный слой, с целью создания на поверхности эпитаксиального слоя области с повышенной концентрацией носителей заряда n = 1019 см-3, в сравнении с исходной концентрацией эпитаксиального слоя n = 1016 см-3.The claimed method of manufacturing differs from the method of the prototype in that the Schottky diode, with a low barrier height, for registration of average IR radiation is formed to the substrate of the GaP epitaxial structure with a high concentration of charge carriers n = 2×10 19 cm -3 , while in the prototype method to create the same Schottky diode, ion implantation into the epitaxial layer was made in order to create on the surface of the epitaxial layer a region with an increased concentration of charge carriers n = 10 19 cm -3 compared with the initial concentration of the epitaxial layer n = 10 16 cm -3 .
Преимущество предлагаемого способа изготовления двухспектрального фоточувствительного элемента состоит в том, что использование подложки GaP с исходной высокой концентрацией носителей заряда n = 2×1019 см-3 при формировании диода Шоттки с низкой высотой барьера для регистрации среднего ИК излучения стабильнее, чем использование ионной имплантации с последующим отжигом, для достижения той же цели.The advantage of the proposed method for manufacturing a two-spectrum photosensitive element is that the use of a GaP substrate with an initial high concentration of charge carriers n = 2×10 19 cm -3 in the formation of a Schottky diode with a low barrier height for recording average IR radiation is more stable than the use of ion implantation with subsequent annealing, to achieve the same goal.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2790061C1 true RU2790061C1 (en) | 2023-02-14 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007123587A (en) * | 2005-10-28 | 2007-05-17 | Doshisha | Light receiving element |
CN100438083C (en) * | 2006-12-23 | 2008-11-26 | 厦门大学 | Ultraviolet photoelectric detector delta doped 4H-SiC PIN structure |
RU2469438C1 (en) * | 2011-06-16 | 2012-12-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Semiconductor photodiode for infrared radiation |
CN104465676B (en) * | 2014-12-09 | 2017-10-03 | 厦门大学 | 4H SiC PIN ultraviolet photodiode one-dimensional array chips and preparation method thereof |
RU2685032C1 (en) * | 2018-07-26 | 2019-04-16 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно технический центр "Новые технологии" | Photosensitive device and method of its manufacture |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2007123587A (en) * | 2005-10-28 | 2007-05-17 | Doshisha | Light receiving element |
CN100438083C (en) * | 2006-12-23 | 2008-11-26 | 厦门大学 | Ultraviolet photoelectric detector delta doped 4H-SiC PIN structure |
RU2469438C1 (en) * | 2011-06-16 | 2012-12-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук | Semiconductor photodiode for infrared radiation |
CN104465676B (en) * | 2014-12-09 | 2017-10-03 | 厦门大学 | 4H SiC PIN ultraviolet photodiode one-dimensional array chips and preparation method thereof |
RU2685032C1 (en) * | 2018-07-26 | 2019-04-16 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно технический центр "Новые технологии" | Photosensitive device and method of its manufacture |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7759698B2 (en) | Photo-field effect transistor and integrated photodetector using the same | |
US10217889B2 (en) | Clamped avalanche photodiode | |
US9105789B2 (en) | Geiger-mode avalanche photodiode with high signal-to-noise ratio, and corresponding manufacturing process | |
US8106422B2 (en) | SiC avalanche photodiode with improved edge termination | |
US7936034B2 (en) | Mesa structure photon detection circuit | |
JPH022692A (en) | Infrared detecting trenched schottky barrier photodiode | |
US8354324B2 (en) | Mesa heterojunction phototransistor and method for making same | |
JP4084958B2 (en) | Manufacturing method of semiconductor light receiving device | |
US8227882B2 (en) | Light-sensitive component with increased blue sensitivity, method for the production thereof, and operating method | |
US20170170358A1 (en) | Method of forming an infrared photodetector | |
CA2142915C (en) | Photoconductive impedance-matched infrared detector with heterojunction blocking contacts | |
US20070075224A1 (en) | Two coluor photon detector | |
US20200013822A1 (en) | Infrared detector, infrared detection device, and method of manufacturing infrared detector | |
US10580916B2 (en) | Infrared detector, imaging device, imaging system, and method of manufacturing infrared detector | |
RU2790061C1 (en) | Method for manufacturing a two-spectrum photosensitive element based on a schottky barrier | |
CN116799092A (en) | Solar blind ultraviolet detector based on gallium oxide base and preparation method thereof | |
TWI601277B (en) | Epitaxial structure for vertically integrated charge transfer gate technology in optoelectronic materials | |
RU2810635C1 (en) | Method for manufacturing dual-spectral photosensitive element based on schottky barrier using mesa technology | |
RU2708553C1 (en) | Two-spectral photosensitive device | |
US20160087000A1 (en) | Infrared image sensor | |
KR102437878B1 (en) | Semiconductor device using heterojunction and manufacturing method thereof | |
US11011666B2 (en) | Optoelectronic semiconductor structure having a bipolar phototransistor structure and manufacturing method thereof | |
CN118073457A (en) | Tellurium-cadmium-mercury bicolor avalanche detector based on vertical liquid phase epitaxial material and preparation method | |
KR20210102810A (en) | Integrated circuit photodetector | |
JPH02226777A (en) | Semiconductor light receiving element and manufacture thereof |