СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОТОПРИЕМНИКОВ НА ОСНОВЕ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ p-i-n СТРУКТУР GaN/ AlGaN
METHOD OF PRODUCING PHOTODETECTORS BASED ON EPITAXIAL GaN/AlGaN p-i-n STRUCTURES

Изобретение относится к технологии фотодиодов на основе эпитаксиальных p-i-n структур GaN/AlGaN, преобразующих излучение ультрафиолетовой области спектра.
x
1-x
Матрицы фотодиодов на основе эпитаксиальных p-i-n структур GaN/AlGaN изготавливают по полупроводниковой технологии, включающей фотолитографию с использованием специально разработанных масок, ионного травления для выделения меза n-i-p переходов, пассивации поверхности и металлизации, обеспечивающей омические контакты к слоям n и p. Применение ионного травления при формировании меза структуры обусловлено химической устойчивостью соединений GaN и AlGaN к жидкостному химическому травлению.
x
1-x
x
1-x
2
Известен способ изготовления многоэлементного фотоприемника на основе AlGaN [Solar-blind AlGaN 256×256 p-i-n detectors and focal plane arrays. M.B. Reine, A. Hairston, P. Lamarre, K.K. Wong, S.P. Tobin, A.K. Sood and C. Cooke. SPIE Vol.6119 611901-3], по меза-технологии. Матрицы фотодиодов 256×256 элементов с размером пикселя 25×25-мкм и шагом между фотодиодами 30 мкм формируют ионным травлением эпитаксиальной структуры GaN/AlGaN с p-i-n переходом до слоя n+ -AlGaN (Фиг.1).
Однако известно, что при бомбардировке обрабатываемой поверхности ионами с энергией, значительно превышающей порог распыления (5-15 эВ), возможно образование радиационных и стехиометрических дефектов, изменение ее морфологии и шероховатости. Последствия ионной бомбардировки в процессе травления меза-структуры катастрофически отражаются на поверхности нелегированной i-области, разделяющей p и n слои. Образование выше перечисленных дефектов создает шунтирующие периметр i-области каналы проводимости, сопротивление которых на порядки меньше дифференциального сопротивления объемной части p-i-n диода, что приводит к увеличению темновых токов отдельных фотодиодов и соответственному ухудшению пороговой чувствительности фотоприемной матрицы.
В ближайшем аналоге предлагаемого изобретения [Low-damage wet chemical etching for GaN-based visible-blend p-i-n detector. CHEN Jie, XU Jintong, WANG Ling and other. SPIE Vol.6621 62211D-1] для уменьшения темновых токов фотодиодов, изготовленных ионным травлением, используется жидкостная обработка поверхности в растворе 20% щелочи КОН. Такая обработка поверхности p-i-n фотодиодов позволила авторам уменьшить токи утечки на порядок.
x
1-x
Задачей настоящего изобретения является уменьшение темновых токов многоэлементного фотоприемника на основе эпитаксиальных структур GaN/AlGaN с p-i-n переходом, изготовленного по меза-технологии ионным травлением до слоя n+ -AlGaN.
x
1-x
Технический результат предлагаемого изобретения достигается тем, что в способе изготовления многоэлементного фотоприемника на основе эпитаксиальных p-i-n структур GaN/AlGaN, изготовленного по меза-технологии ионным травлением до слоя n+ -AlGaN поверхность меза p-i-n диодов подвергается тепловой обработке при температуре 450-550°C продолжительностью 90-200 сек для «залечивания» радиационных и стехиометрических дефектов, образовавшихся на периметре p-i-n диодов под действием ионного пучка или иных неопределенных нарушений поверхности, возникших на технологических операциях изготовления меза-структуры, приводящих к шунтированию периметра i-области.
Далее выполняют стандартные процессы: наносят пленку нитрида кремния, вскрывают окна в нитриде кремния, изготавливают контакты к n и p областям.
0.45
0.55
0.61
0.39
2
На фиг.2 представлены типичные вольтамперные характеристики тестовых фотодиодов на основе эпитаксиальных p-i-n структур p-GaN/p-i AlGaN n+ -AlGaN, изготовленных по меза-технологии ионным травлением до слоя n+ -AlGaN в нормальных условиях (комнатная температура, дневное освещение). Размер фоточувствительной области 40×40 мкм.
Из фиг.1 видно, что после травления в КОН поверхности меза- структуры, изготовленной ионным травлением, измеренные при напряжении смещения -0.1 В значения темновых токов тестовых диодов уменьшаются на порядок. Тогда как после термообработки уменьшение темнового тока более чем на два порядка наблюдается в широком диапазоне напряжений.