Brevet FR2108102A1 — publié le 19720512

La prés#ente invention concerne une photodiode. Des photodiodes connues sont fabriquées sous la forme de diodes à jonction pn diffusée ou sous la forme de diodes de Schottky. Les matières semi-conductrices utilisées pour ces diodes sont par exemple le silicium, le germanium ou l'arséniure de gallium. Une photodiode à diffusion est constituée par exemple par un substrat de silicium de conductibilité n, dans la surface duquel a été incorporée par diffusion une couche mince p+ d'une épaisseur d'environ 0,3 à 1 . La photosensibilité spectrale et avec elle le rendement quantique de ces diodes sont influencés défavorablement par trois facteurs a) Il se forme sur la surface de silicium, par la couche p+in- corporée par diffusion, une couche morte" (dead layer) dans laquelle -la durée de vie des porteurs de charge minoritaires est très faible. Ceci conduit à une chute importante du ren dement quantique dans la plage spectrale des ondes courtes. b) La diffusion de la couche p+ est réalisée à l'aide d'une température opératoire élevée qui se situe à 900 - 12000C. Il en résulte une diminution de la durée de vie volumétrique des porteurs de charge minoritaires dans le substrat n, par suite de la diffusion inévitable d'impuretés. Ceci a pour conséquence une moindre photosensibilité dans la plage des ondes longues. c) La lumière qui tombe sur la surface de silicium n'est pas complètement absorbée, mais elle est en partie réfléchie. Pour diminuer ces pertes par réflexion on rend la surface moins réfléchissante en la recouvrant, par évaporation,d'une mince couche transparente à la lumière et possédant un indice de réfraction approprié, par exemple une mince couche de SiO ou de TiO2. Les inconvénients de cette "couche morte" et de la température élevée utilisée lors du procédé, n'apparaissent pas dans le cas des photodiodes de Schottky. Toutefois, le dépôt anti-réfléchissant est particulièrement important dans ce cas. La présente invention a pour objet une photodiode possédant des propriétés photoélectriques améliorées et ne présentant pas les inconvénients mentionnés ci-dessus. Pour résoudre ce problème, l'invention propose une photodiode qui est caractérisée par le fait que l'on prévoit sur le substrat semi-conducteur une couche semi-conductrice transparente à la lumière et réalisée sous la forme d'une couche anti-réfléchissante, ladite couche semi-conductrice formant avec le substrat semi-conducteur une jonction hétérogène de redressement, et par le fait que le substrat semi-conducteur et la couche semi-conductrice sont pourvus d'un contact non-redresseur. Sur un substrat, de préférence en silicium, en germanium ou en arséniure de gallium, on dépose, suivant l'invention, une couche semi-conductrice mince bien transparente à la lumière et bonne conductrice. Suivant l'invention, cette couche semiconductrice doit former avec le matériau du substrat une jonction hétérogène de redressement, et elle doit posséder un indice de réfraction optique et une épaisseur optique tels qu'elle puisse servir en même temps de couche anti-reflet. Des substances semi-conductrices particulièrement appropriées pour réaliser la couche semi-conductrice sont l'oxyde d'étain (Sn02), l'oxyde d'étain dopé à l'antimoine, l'oxyde d'indium (In203) ainsi que l'oxyde d'indium dopé à l'étain, au titane ou au cadmium. La photodiode conforme à l'invention montre une photosensibilité spectrale améliorée dans la plage spectrale des ondes courtes ("bleues") et longues (infra-rouges). De plus, une photodiode conforme à l'invention se passe d'une couche anti-reflet supplémentaire déposée par évaporation et servant à l'amélioration du rendement quantique. Dans le cas d'un dopage approprié, la couche semi-conductrice de la photodiode conforme à l'invention agit en même temps comme filtre pour des rayonnements de grandes longueurs d'ondes. La distribution spectrale de la photodiode peut de ce fait s'adapter, sans filtre supplémentaire, à la tourbe visuelle". D'autres caractéristiques et avantages de l'obJet de l'invention ressortiront de la description qui sera donnée cidessous, à l'appui du dessin annexé, d'un mode d'exécution. Dans ce qui suit on envisagera, à titre d'exemple, la jonction hétérogène silicium/oxyde d'étain. Une diode réalisée avec une telle jonction est représentée dans la figure annexée. Sur un substrat de silicium désigné par la référence 1 et du type de conductibilité n ou p, on a déposé une couche 2 d'une épaisseur d'environ 0,3 à 1 F et faite avec de l'oxyde d'étain (Sn02) de type de conductibilité n. L'électrode de couverture 2 en Sn02 et le substrat en silicium ? sont contactés sans présenter de couche de barrage. Afin d'obtenir une surface photosensible aussi grande que possible, le contact 3 de la couche 2 est de préférence situé sur le bord de la diode, alors que le contact 4 de la couche de substrat recouvre toute la surface de celui-ci, sur la face opposée à la jonction hétérogène. On réalise la couche 2 en SnO2 et avec elle la jonction hétérogène suivant l'un des procédés connus des "surfaces vitreuses conductrices". A cet effet, le chlorure d'étain (SnCl2) est évaporé et on le fait passer, avec de l'air comme gaz-véhicule, sur la surface de silicium qui se trouve à une température d'environ 4000C. L'hétérophotodiode conforme à l'invention, et telle que décrite ici, peut être réalisée non seulement suivant la technique mesa représentée au dessin, mais également suivant la technique planar, étant donné que le SnO2 peut être attaqué dans de l'acide chlorhydrique en présence d'hydrogène naissant. La couche de Sn02 est pratiquement non-absorbante dans l'intervalle spectral ultra-violet, visible et voisin de l'infra-rouge. De ce fait, la lumière incidente sur la photodiode (hui3) ne provoque que des paires de trous d'électrons dans le substrat de silicium 1, et il n'existe aucune "couche morten. Il en résulte une sensibilité excellente au bleu. Etant donné que la réalisation de la jonction hétérogène se fait à une température de 4000C seulement, la durée de vie des porteurs de charge minoritaires dans le substrat n'est pas influencée de façon sensible, ce qui revient à dire que la photosensibilité est également très bonne dans les grandes longueurs d'ondes. Il n'est pas nécessaire de prévoir une couche anti-reflet supplémentaire déposée par évaporation, car avec un indice de réfraction de 2,0, le caractère non-réfléchissant du Sn02 est meilleur que celui du SiO utilisé pour les cellules solaires, et dont l'indice de réfraction est de n = 1,8. Si l'on dépose sur le substrat 1, à la place d'une couche 2 formée par du Sn02 pur, une couche de Sn02 dopé à l'antimoine, le pouvoir d'absorption dans cette couche de couverture 2 se trouve modifié. Avec une concentration croissante en antimoine, le bord de la transmission dans la plage des grandes longueurs d'ondes se déplace de l'infra-rouge dans la plage ou dans l'intervalle spectral visible, et pour une teneur en antimoine de 3 à 4 %, seule la lumière bleue est pratiquement transmise. De cette façon, il est possible, dans les photodiodes conformes à l'invention,à jonction hétérogène, de reserrer la plage de sensibilité spectrale sans être obligé d'utiliser un filtre supplémentaire. La photodiode conforme à l'invention, comportant une jonction hétérogène, est avantageusement utilisable dans un photoamplificateur intégré. Par photoamplificateur intégré on entend ici un composant monolithique formé par une photodiode et par un amplificateur opérationnel. Dans la fabrication d'un tel composant à photodiode à diffusion, on se heurte à certaines difficultés lorsqu'on souhaite rendre optima les caractéristiques photoélectriques, car les paramètres du procédé de fabrication, tels que la profondeur de la diffusion, etc, sont principalement déterminés par les exigences de l'amplificateur que l'on peut difficilement satisfaire du point de vue technologique. Ces problèmes ne se présentent pas lors de l'utilisation de la photodiode conforme à l'invention. Dans ce cas, il est possible de réaliser d'abord complètement l'amplificateur ensuite on dépose, dans la phase opératoire suivante, la couche de SnO2 et on termine par une "phototechnique-SnO2". Etant donné que le dépôt s'opère à 4000C, les caractéristiques d'amplification ne se trouvent pas modifiées. REVENDICATIONS 1. Photodiode, caractérisée par le fait qu'elle comporte sur un substrat semi-conducteur une mince couche semiconductrice transparente, réalisée sous la forme d'une couche anti-réfléchissante et formant avec le substrat semi-conducteur une hétérojonction de redressement, le substrat semi-conducteur et la couche semi-conductrice étant pourvus d'un contact nonredresseur. 2. Photodiode suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que le substrat semi-conducteur est fait avec du silicium, du germanium ou de l'arséniure de gallium. 3. Photodiode suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que la couche semiconductrice anti-reflet est faite avec de l'oxyde d'étain ou avec de l'oxyde d'indium. 4. Photodiode suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que la couche semi-conductrice réalisée sous la forme d'une couche anti-reflet est faite avec de l'oxyde d'indium dopé à l'étain, au titane ou au cadmium. 5. Photodiode suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée par le fait que la couche semi-conductrice réalisée sous la forme d'une couche anti-reflet est faite avec de ltoxyde d'étain dopé à l'antimoine. 6. Photodiode suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée par le fait qu'elle est combinée avec un amplificateur opérationnel et utilisée comme photoamplificateur intégré.