Brevet FR2484708A1 — publié le 19811218

La présente invention concerne un photodétecteur infra- rouge sensible aux longueurs d'onde dans la gamme de 0,8 à 1,1 pm, et doté d'un temps de réponse très court. Dans le domaine spectral considéré, au voisinage de 1)m, plusieurs types de photodétecteurs peuvent être envisagés. Les photoconducteurs (par exemple PbS, T12S) ont toujours des temps de réponse supérieurs à la microseconde et ne peu- vent 9tre considérés comme des détecteurs rapides. Certains photomultiplicateurs ont des performances très satisfaisantes. Par exemple, les photocathodes du type InAso,85Po0,150Cs ou Ga1_x InxAsOCs possèdent un rendement quantique très satisfaisant. au voisinage de 1 Pm et un temps de montée très faible, de l'ordre de la nanoseconde; Mais ils présentent de sérieux inconvénients pratiques: - fragilité, complexité de réalisation, nécessité d'une ten- sion de polarisation élevée, ce qui rend leur emploi peu commode et leur prix élevé. Enfin, dans le cas des détecteurs photovoltaàques, plu- sieurs matériaux peuvent être envisagés: Ge, Si, InAs, InSb, Hglx Cdx Te. Le détecteur selon l'invention est un détecteur photo- de grande surface (quelques cm2) voltaYque/dont le substrat est en silicium de résistivité élevée, supérieure à 103&L.cm. Grace à cette résistivité élevée, le courant de fuite est faible et sensiblement cons- tant sur une large plage de polarisation0 On peut ainsi appliquer une tension de polarisation inverse élevée, ce qui a pour effet, d'une part, de décaler la longueur d'onde de coupure du silicium ordinairement de 1 pm à 1,1 pm, et d'autre part, de réduire la capacité de jonction et donc le temps de réponse a par ailleurs Il est connu/que le silicium est sensible à partir d'une longueur d'onde d'environ 0,4 pmo Afin de restreindre la bande spectrale du détecteur à une gamme 0,8 - 1,1 pm, l'in- vention prévoit le dépôt, sur la face exposée au rayonnement d'un matériau faisant office de filtre passe-haut avec une valeur de coupure de 0,8um, un matériau approprié à cet effet étant CdTeo On obtient par ce moyen très simple une réponse spectrale très "pointue" centrée sur 0,95 um. Le détecteur est ainsi à l'abri des rayonnements parasites le courant d'obscurité est réduit et par suite la sensibilité du détecteur est excellente. Le détecteur selon l'invention sera utilisé avantageu- sement dans les systèmes de télécommunications optiques, pour détecter le rayonnement des diQdes AsGa émettant à 0,95 umo L'invention sera bien comprise à la lecture de la descrip- tion ci-après, faite en référence aux-dessins annexéss - la figure 1 illustre les différentes phases de la fa- brication du détecteur selon l'invention. - la figure 2 représente la réponse spectrale du détec- teur selon l'invention, Pour la fabrication du détecteur selon l'invention,on part d'un monocristal de silicium 1 (fig 1A). Le silicium est de type P faiblement dopé au bore, le dopage faible ayant pour effet une résistivité élevée d'environ 104 f-.cm. Ce monocristal 1 subit un traitement de polissage mécani- que et chimiqueo On procède ensuite à la diffusion d'impuretés de type N, en l'espèce le phosphore. La couche de diffusion 2 (figure 1B)' a une épaisseur inférieure à 1 pm. - On masque la face destinée à recevoir le rayonnement et on effectue une attaque chimique, puis on supprime la cou- che de masquage. On a ainsi obtenu une jonction PN 3 (fig.lC). On réalise ensuite les contacts par évaporation sous vide par exemple de titane et d'argent (fig. 1D)o Les con- tacts 4 et le contact d'extrémité 5 de la face exposéeau rayonnement sont en forme de peigne afin de représenter la surface minimale, tandis que la face opposée porte un contact plein 6. On masque le contact d'extrémité 5, et on déposé sur la face exposée au rayonnement une couche de CdTe 7 (fig. 1E) d'une épaisseur comprise entre 1 et 10 um, par exemple de 5am. Ce dépft est effectué par une technique telle que l'évaporation thermique ou la pulvérisation cathodique. Puis on dépose par dessus la couche de CdTe une couche antireflets 8 en oxyde, par exemple en SiO2 ou TiO2, afin de diminuer les pertes par réflexion dans le domaine srectral utile, entre 0,8 et 1,1 um, et ainsi d'améliorer la réponse sDectraleo Le masque du contact 5 est enfin retiré. Le détecteur terminé est représenté à la figure tFo Lors de l'emploi, onapplique une tension de polarisation inverse de -10V0 La réponse spectrale du détecteur est illus= trée par la figure 2o Sur la figure 2, la couche en trait pointillé représente la réponse spectrale du détecteur au silicium représenté à la figure 1D, soumis à une polarisation inverse de -10Vo La bande spectrale se situe entre 0,4 jpm et 1,1 jum, c'est- à-dire couvre tout le visible et l'infrarouge très proche. La courbe en trait mixte représente la réponse spectrale de CdTeo Ce matériau est opaque aux rayonnements de longueur d'onde inférieure à 0,8 /mg et sa transparence-augmente très rapidement de 0,8 à 0,9;am et atteint son maximum à partir de 1 /umo La couche de OdTe se comporte ainsi comme un filtre passe-haut dont la valeur de coupure est 0,8 Mum. La couche en trait plein représente la réponse spectrale du détecteur de la figure 1E muni de la couche de OdTeo Cette courbe résulte du produit des deux courbes précédentes, et l'on constate que le domaine spectral se situe entre 0,8 et 1,1 mn, avec un maximum très accusé à 0,95 umo Le détecteur selon l'invention aura donc une excellente sensibilité vis-àvis des rayonnements à 0,95 pm tels que ceux émis par les diodes AsGao Les caractéristiques du détecteur, dans l'exemple décrit sont les suivantes: - surface sensible 2cm2 courant d'obscurité ' 0,5 FA. responsivité pour À = 0,95 Pm > 0,7A/W temps de réponse i t t t.grande surface, -. propriétés très avantageuses. /xcellente sensibilité pour S = 0,95 /am, temps de réponse très court, et d'autre part, le matériau du substrat étant le silicium, faible prix du matériau et facilité d'emploi, le détecteur pouvant fonc- tionner à la température ordinaires Revendications de grande surface - Photodétecteur/sensible dans la gamme 0,8 - 1,1 /um, comportant un substrat et une couche de diffusion définis- sant une jonction PN, et des contacts pour l'application d'une tension de polarisation, caractérisé par le fait que le substrat est en silicium de résistivité supérieure à 103. cm et un filtre arrêtant les rayonnements de lon- gueur d'onde inférieure à 0,8]um est placé sur la face proche de la jonction, exposée au rayonnement. 2.- Photodétecteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le filtre est une couche de CdTe intégrée au détecteur.