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 PDF

Info

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
Application number
RU2022115606A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Константинович Будтолаев
Павел Евгеньевич Хакуашев
Original Assignee
Акционерное общество "НПО "Орион"
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "НПО "Орион" filed Critical Акционерное общество "НПО "Орион"
Application granted granted Critical
Publication of RU2790061C1 publication Critical patent/RU2790061C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: dual-spectrum photosensitive devices.
SUBSTANCE: method is used to manufacture dual-spectrum photosensitive devices designed for independent registration of radiation in the near ultraviolet (UV) and mid-infrared (IR) ranges of the spectrum. A method for manufacturing a two-spectrum photosensitive element based on a Schottky barrier includes deposition of AuGe on the reverse side of the substrate, fast thermal annealing, deposition of Ti-Au on the reverse side of the substrate, deposition of barrier Au on the epitaxial layer, etching of barrier Au using mesa technology, formation of a mask photoresist for "explosion", "explosion" of Au with photoresist, while after the Ti-Au deposition operation, the following operations are carried out: formation of a photoresist mask on the reverse side of the substrate for Au-Ti-AuGe etching to the substrate, deposition of barrier Au on the reverse side of the substrate, etching of barrier Au using mesa technology.
EFFECT: manufacturing dual-spectrum photosensitive devices.
1 cl, 1 dwg

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)

Способ изготовления двухспектрального фоточувствительного элемента на основе барьера Шоттки, включающий нанесение AuGe на обратную сторону подложки, быстрый термический отжиг (БТО), напыление Ti-Au на обратную сторону подложки, напыление барьерного Аu на эпитаксиальный слой, травление барьерного Au с использованием меза-технологии, формирование маски фоторезиста под «взрыв», «взрыв» Аu с фоторезистом; отличающийся тем, что после операции напыления Ti-Au проводятся следующие операции: формирование маски фоторезиста на обратной стороне подложки под травление Au-Ti-AuGe до подложки, напыление барьерного Аu на обратную сторону подложки, травление барьерного Au с использованием меза-технологии.A method for manufacturing a two-spectrum photosensitive element based on a Schottky barrier, including deposition of AuGe on the reverse side of the substrate, fast thermal annealing (RTA), deposition of Ti-Au on the reverse side of the substrate, deposition of barrier Au on the epitaxial layer, etching of barrier Au using mesa technology, formation of a photoresist mask for “explosion”, “explosion” of Au with photoresist; characterized in that after the Ti-Au deposition operation, the following operations are carried out: formation of a photoresist mask on the reverse side of the substrate for etching Au-Ti-AuGe to the substrate, deposition of barrier Au on the reverse side of the substrate, etching of barrier Au using mesa technology.
RU2022115606A 2022-06-08 Method for manufacturing a two-spectrum photosensitive element based on a schottky barrier RU2790061C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2790061C1 true RU2790061C1 (en) 2023-02-14

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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