Двухканальное фотоприёмное устройство

Полезная модель относится к области полупроводниковых приборов, чувствительных к излучению с длинами волн 0,28-0,54 мкм и 3-5 мкм. Они предназначены для использования в различной электронно-оптической аппаратуре, в которой требуется регистрация слабых оптических сигналов в ближнем ультрафиолетовом диапазоне и мощных оптических сигналов в среднем инфракрасном диапазоне [Филачев A.M., Таубкин И.И., Тришенков М.А. Современное состояние и магистральные направления развития твердотельной фотоэлектроники. М.: Физматкнига, 2010]. К такой аппаратуре относятся малогабаритные системы специального назначения, имеющие ультрафиолетовый и инфракрасный (слабочувствительный к мощному лазерному излучению) каналы, решающие задачу противодействия активному лазерному излучению, создаваемого с целью разрушения теплового канала.
Известны гибридные аналоги двухдиапазонных детекторов, к примеру, K1713 - 003 фирмы Hamamatsu. В них регистрация излучений в двух диапазонах достигнута за счет гибридизации полупроводниковых материалов с разными запрещенными ширинами запрещенных зон (Eg), Si с Eg=1,12 эВ и InAsSb с Eg=0,35 эВ, для длин волн 0,84-0,98 мкм и 3,5 мкм соответственно [www.hamamatsu.com]. Эти приборы предназначены для спектральных исследований. Существующий уровень технологии позволяет реализовать лишь гибридную конструкцию.
Задача современной технологии сборки этого вида изделий - приспособить отдельные компоненты ФПУ (кристаллы ФЧЭ и Si-мультиплексора) к гибридизации. При этом нужно учитывать, что число соединений между двумя кристаллами для случая двухспектральных ФЧЭ возрастает вдвое по сравнению с моноспектральным ФПУ.
Задачей предлагаемой полезной модели является получение на одном полупроводниковом материале двух фоточувствительных элементов с возможностью работы в двух различных спектральных диапазонах для продолжения регистрации инфракрасного излучения за счет слабочувствительного, термоустойчивого датчика, который не разрушается от воздействия мощного лазерного излучения, создаваемого с целью разрушения теплового канала.
Создание монолитного двухспектрального ФПУ возможно интегральным исполнением фоточувствительного элемента, которое позволяет минимизировать его размеры, а это важно для малогабаритных систем специального назначения.
Технический результат - расширение возможности регистрации излучений в двух разных диапазонах 0,3-0,4 мкм и 3-5 мкм на одном кристалле, что позволяет устройству специального назначения продолжать свою работу и вести цель по мощному лазерному излучению.
14
-2
Технический результат достигается тем, что в исходную эпитаксиальную структуру делается имплантация ионов Si с энергией 100 кэВ и дозой 4×10 см.
14
-3
-3
Предлагаемое фотоприемное устройство представляет собой диод Шоттки на GaP n-типа проводимости, содержащего в себе два барьера Шоттки с разными высотами: 1,3 В на эпитаксиальном слое с концентрацией 5,5×10 см и 0,2 В на эпитаксиальном слое с повышенной концентрацией примеси 1,7×10 см, полученной имплантацией ионов Si, для регистрации ультрафиолетового и среднего инфракрасного излучений соответственно.
В первом (основном) слое чувствительность обеспечивается за счет собственного поглощения и фотоприемное устройство работает как пороговый фотоприемник в ультрафиолетовом диапазоне. Во втором (вспомогательном) слое чувствительность обеспечивается за счет поглощения на свободных носителях и разделения на «горячих» носителях заряда на дополнительном барьере Шоттки (с более низкой высотой потенциального барьера).
Двухканальное фотоприемное устройство имеет двухканальный фоточувствительный диод Шоттки на основе эпитаксиальной структуры GaP, содержащий высоколегированную, монокристаллическую подложку GaP n++-типа проводимости, на которой эпитаксиальным методом выращен низколегированный n-типа проводимости слой GaP, подлегированный слой n+ на эпитаксиальном GaP получен имплантацией ионов Si, омический контакт к подложке сформирован напылением AuGe, фоточувствительные площадки на n - и n+ - областях формировались интегрально по мезатехнологии на эпитаксиальном слое с нанесенным на него слоем металлизации Аu, для дальнейшего монтажа на AuGe напылялось Au.
Таким образом фотоприемное устройство может работать как обнаружитель мощных оптических сигналов в среднем инфракрасном диапазоне [Варганова B.C., Кравченко Н.В., Патрин В.М., Тришенков М.А., Хакуашев П.Е., Чинарева И.В. Особенности спектральной характеристики ультрафиолетовых GaP фотодиодов на основе барьера Шоттки. XXIII Международная научно-техническая конференция по фотоэлектронике и приборам ночного видения. 2014. С. 490-492].
На фиг.1 изображен двухканальный фоточувствительный диод Шоттки на основе эпитаксиальной структуры GaP, где 1 - высоколегированная, монокристаллическая подложка GaP n++-типа проводимости, 2 - низколегированный n-типа проводимости слой GaP, выращенный эпитаксиальным методом на подложке GaP 1, 3 - подлегированный слой n+, полученный имплантацией ионов Si на эпитаксиальном GaP 2, 4 - напыление AuGe, 5 и 6 - слои металлизации Au.
На фиг. 2 и 3 представлены графики зависимостей чувствительностей устройства от длины волны для ИК фоточувствительного элемента и УФ фоточувствительного элемента соответственно.