Способ изготовления двухспектрального фоточувствительного элемента на основе барьера Шоттки
METHOD FOR MANUFACTURING A TWO-SPECTRUM PHOTOSENSITIVE ELEMENT BASED ON A SCHOTTKY BARRIER

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.
16
-3
19
-3
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 = 10 см, а диод Шоттки с высотой барьера 0,3 В, предназначенный для регистрации среднего ИК излучения, сформирован на подложке с концентрацией n = 2×10 см.
Устройства, полученные этим способом, являются двухспектральными фотоприемными приборами, имеющими возможность одновременно принимать оптические излучения с разными длинами волн, ближнего УФ и среднего ИК.
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).
19
-3
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 = 10 см, методом ионной имплантации, на эпитаксиальном слое.
Способ изготовления прототипа включает в себя следующие технологические операции:
1. Формирование маски фоторезиста под ионную имплантацию в эпитаксиальный слой;
2. Ионная имплантация;
3. Удаление фоторезиста;
4. Осаждение диэлектрика на обе стороны;
5. Отжиг имплантированного слоя;
6. Удаление диэлектрика с обеих сторон;
7. Напыление AuGe на обратную сторону подложки;
8. Быстрый термический отжиг (БТО);
9. Напыление Ti-Au на обратную сторону подложки;
10. Напыление барьерного Au на эпитаксиальный слой;
11. Травление барьерного Au + меза-технология;
12. Формирование маски фоторезиста под «взрыв»;
13. Напыление контактного Аи на эпитаксиальный слой;
14. «Взрыв» Au с фоторезистом.
19
-3
16
-3
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 = 2×10 см) выше, чем в эпитаксиальном слое (n = 10 см). Это реализуется следующими технологическими операциями:
1. Напыление AuGe на обратную сторону подложки;
2. Быстрый термический отжиг (БТО);
3. Напыление Ti4-Au на обратную сторону подложки;
4. Формирование маски фоторезиста на обратной стороне под травление Au-Ti-AuGe до подложки;
5. Напыление барьерного Au на обратную сторону подложки;
6. Травление барьерного Au + меза-технология;
7. Напыление барьерного Au на эпитаксиальный слой;
8. Травление барьерного Au + меза-технология;
9. Формирование маски фоторезиста под «взрыв»;
10. Напыление контактного Au на эпитаксиальную сторону;
11. «Взрыв» Au с фоторезистом.
19
-3
16
-3
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 = 2×10 см омического контакта (AuGe-GaP), контактной металлизации (Au-Ti), диода Шоттки (Au-GaP); создание на эпитаксиальном слое GaP с концентрацией носителей заряда n = 10 см диода Шоттки (Au-GaP), контакта к диоду Шоттки (Au).
Способ изготовления поясняется рисунком фиг.1. Структура двухспектрального фоточувствительного элемента.
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:
19
-3
1 - подложку монокристаллического GaP (n = 2×10 см);
16
-3
2 - эпитаксиальный слой GaP (n = 10 см);
3 - омический контакт к подложке золото-германий (Au-Ge);
4 - золото с подслоем титана (Au-Ti);
(Au)
5 - толстое золото (d  = 3000 Å) к подложке выполняющее функцию барьерного и контактного;
(Au)
(Au)
6 - тонкое барьерное золото (d  = 100 Å) и толстое контактное (d  = 3000 Å) к эпитаксиальному слою.
Две вариации фоточувствительных элементов на основе барьера Шоттки Au-GaP одного типа проводимости чувствительны в двух разных диапазонах спектра: ближнем УФ и среднем ИК.
19
-3
19
-3
16
-3
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 = 2×10 см, 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 = 10 см, в сравнении с исходной концентрацией эпитаксиального слоя n = 10 см.
19
-3
Преимущество предлагаемого способа изготовления двухспектрального фоточувствительного элемента состоит в том, что использование подложки GaP с исходной высокой концентрацией носителей заряда n = 2×10 см 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.