PHOTOVOLTAIC DETECTOR SENSITIVE IN THE NEAR INFRARED RANGE

Abstract: 1. Photovoltaic detector having its maximum sensitivy between 800 and 2 000 nm, of the type comprising a P type substrate made of Hg1-x Cdx Te , x being selected as a function of the desired spectral response and a N type zone being formed in the substrate, characterized in that x is within a range of 0,4 to 0,9, the concentration of the P carriers in the substrate is less than 10**15/cm**3, and an intrinsic zone I relatively which is formed between the zones N(6) and P(1).

Description: Détecteur photovoltalque sensible dans l'infrarouge proche. La présente invention concerne un détecteur photovoltaTque dont la sensibilité maximale se situe entre 0,8 et 2 comprenant un substrat de type P et une zone de type N formant une jonction avec le substrat. Dans les détecteurs photovoltatques, il est souhaitable que le temps de réponse soit le plus faible possible. Cela est essentiel en particulier lorsqu'on utilise de tels détecteurs pour détecter les signaux lumineux transmis par des fibres optiques, le débit numérique dans ce type de liaisons étant extrêmement élevé. On sait d'autre part que l'atténuation dans la transmission par fibre optique est minimale pour une longueur d'onde de 1,3 pun et/ou de 1,6 Mm, et il s'agit donc de mettre au point un détecteur sensible à ces longueurs d'onde et présentant les carac#téristiques de réponse requises. L'invention a pour objet un détecteur photovoltaSque comprenant un substrat de type P en Hg1 -x Cdx Te, x étant choisi, à l'intérieur d'une plage de 0,4 à 0,9, en fonction des caractéristiques spectrales désirées, le substrat ayant une concentration en porteurs P inférieure à 1015/cl3, et une zone dopée de type N formée sur le substrat. Du fait de la pureté très élevée du substrat, et de la structure particulière du composé ternaire Hgt x Cdx Te, qui comporte des lacunes de mercure et/ou de cadmium, l'introduction d'un agent dopant en concentration appropriée aboutit à la création d'une zone intrinsèque de dopage intermédiaire entre celui de la zone P et celui de la zone N, c'est-à-dire d'une jonction PIN, et ce de façon extrêmement simple. Une telle jonction, étant donné son très faible dopage et son épaisseur relativement importante, possède une capacité très faible et le détecteur présente ainsi un temps de réponse très court et peut fonctionner sous une tension de polarisation inverse élevée. Pour former la zone N, on utilisera de préférence du mercure comme agent dopant, et on procédera à une diffusion thermique du mercure selon la technique planar, conformément à l'enseignement du brevet français 2 336 804. Un autre procédé utilisable est l'implantation ionique d'atomes possédant, après un recuit approprié, une activité électrique de type N, tels que des atomes d'indium, d'aluminium ou de bore. L'invention sera bien comprise à la lecture de la description ci-après faite en référence aux dessins annexés. Dans les dessins - les figures 1 à 7 illustrent les différentes phases d'un mode de fabrication du détecteur photovoltaTque selon l'invention; - la figure 8 montre la réponse spectrale d'un détecteur selon l'invention; - la figure 9 montre la caractéristique tension-courant de ce détecteur. Les figures 1 à 7 illustrent la fabrication d'un détecteur photovoltarque selon l'invention selon le procédé décrit dans le brevet français 2 336 804. Le présent exemple concerne un détecteur dont la sensibilité maximale se situe à 1,3#m. le substrat du détecteur est constitué d'un alliage Hg1 xCdx Te dans lequel la propor- tion x de cadmium est d'environ 0,7. On part d'un substrat 1, de type P (cf. figure 1) formé d'un cristal de Hg1 -x Cdx Te de très haute pureté, présentant donc une concentration en porteurs P très faible, de l'ordre de 1015/cm3. Un tel cristal peut autre obtenu par la méthode dite THM (Travel Heater Method), consistant à déplacer un lingot de Rg Te et un lingot de Cd Te par rapport à une zone chauffée dans laquelle un solvant tel que le tellure dissout les deux lingots. On obtient à la sortie de la zone de solvant un lingot unique de Hg1 x Cdx Te de haute pureté, dans lequel la valeur x est fonction des sections des lingots de départ. Un tel procédé est décrit dans un article de R. Triboulet intitulé "Cd Te and Cd Te : Hg alloys cristal growth using stoichiometric and off-stoichiometric zone passing techniques", paru dans la Revue de Physique Appliquée, tome 12, février 1977, page 123. Sur le substrat 1, on dépose une couche 2 de Cd Te, par exemple par pulvérisation cathodique. Puis on dépose sur la couche 2 une couche de masquage 3(figure 2), de préférence en ZnS, SiO ou SiO2. On soumet ensuite l'élément de la figure 2 à un traitement thermique à une température comprise entre 200 et 4000 C, de façon à recristalliser la couche 2 et à lui donner une composition qui varie graduellement, la couche 2 ayant une composition identique à celle du substrat 1 à l'interface avec celui-ci et étant composée de Cd Te pur à l'interface avec la couche 3 de ZnS, SiO ou SiO2. Après ce traitement thermique, on réalise au moins une ouverture 10 dans les couches 2 et 3 de façon à mettre à nu une partie de la surface la du substrat (figure 5), puis on dépose au moins dans l'ouverture 10 une couche 4 de Cd Te (figure 4). Ensuite, on fait diffuser du mercure (flèche 5, figure 5) dans le substrat à travers la couche 4 de Cd Te. Celle-ci est perméable au mercure à la température de diffusion, supérieure à 3000 C. On obtient ainsi une zone 6 de type N, de dopage environ 1016 atomes/cm3, qui forme avec le substrat P une jonction 7. Comme on l'a expliqué ci-dessus, cette jonction est une jonction PIN, car elle comporte une zone à faible dopage (1013/cm ) dite zone intrinsèque, relativement épaisse. On pratique ensuite une ouverture 8 dans la couche 4 par attaque chimique, et on remplit cette ouverture avec un métal conducteur tel que AI ou In afin de réaliser un contact 9. Le détecteur photovoltaftque obtenu présente la réponse spectrale représentée à la figure 8. La bande de sensibilité va de 0,9 à 1,35,um, avec un maximum à 1,3 m. La courbe de la figure 8 donne la réponse spectrale à la température ambiante (T = 300 K) et en l'absence de polarisation. Un exemple de la caractéristique IV (tension-courant) est donné à la figure 9 pour un détecteur d'une surface sensi ble de 3.10 -4 cm2. Les caractéristiques du détecteur sont les suivantes tension d'avalanche (à I = 10 A) > 70 V courant de saturation < t nA courant inverse (V = -10 volts) 10 nA capacité totale (V = -10 volts) < 1 pF capacité de jonction (V = -10 volts) < 0,1 pF produit résistance-surface (V = O volt) 6. 104 < cm2 réponse en courant à# R = 1,3 m > 0,5 A/W gain interne à V = -10 volts > 5 Le détecteur décrit présente une constante de temps de réponse inférieure à 1 nanoseconde pour une polarisation inverse égale à -10V, ou encore, une bande passante à -3 dB supérieure à 500 MHz. Un autre exemple de réalisation, pour un détecteur d'une surface sensible de 1.10 -4 cm2, est donné par le tableau ci-dessous: TEMPERATURE DE FONCTIONNEMENT T = 300 K Surface sensible 1 10-4 2 Etendue spectrale 0,9 - 1,3 micron Responsivité # 0,8 A/W Produit résistance-surface (v = O volt) 6 x 10-4#cmê Courant d'obscurité (v = -10 volts) 4 1 nA Tension d'avalanche > 70 V Capacité totale (v = -10 volts) < 1 PF Temps de montée (v = -10 volts) < t ns Bande passante (v = -10 volts) > 500 #z Les détecteurs décrits présentent un maximum de sensibilité à 1,3 ym. Si l'on désire obtenir un détecteur présentant une réponse spectrale différente, par exemple avec un maximum à 1,6 ym, on partira simplement d'un substrat de composition différente. La variation de la réponse spectrale en fonction des proportions de cadmium et de mercure dans l'alliage Hg1-x Cdx Te est en soi une donnée bien connue.

Claims: Revendicatons 1. Détecteur photovoltaTque ayant sa sensibilité maximale entre X,8 et 2 ssm, caractérisé par le fait qu'il cornprend un substrat (1) de type P en Hg1-x Cdx Te, x étant choisi, à l'intérieur d'une plage de 0,4 à 0,9, en fonction de la réponse spectrale ddsirde, le substrat ayant une concentra tion en porteurs P inférieure à 1015/cm , et une zone do- pée (6) de type N formée sur le substrat (1), la jonction (7) résultante étant du type PIN. 2. Détecteur selon la revendication t, caractérisé par le fait que la zone N est formée par diffusion thermique de mercure à travers une couche de Cd Te. 3. Détecteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la zone N est formée par implantation ionique d'indium, d'aluminium ou de bore

Inventors: PICHARD, GUY, ROYER, MICHEL
Applicants: SOCIETE ANONYME DE TELECOMMUNICATIONS
Application year: 1981
Main classification: H01L31
IPC codes: H01L21, H01L31, G01J5