СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОТОДИОДОВ
METHOD OF MAKING PHOTODIODES

Изобретение относится к области полупроводниковой фотоэлектроники, а точнее полупроводниковым фотодетекторам ИК излучения.
0
0
0
0
Для создания эффективных фотоприемников для средней ИК области спектра одним из перспективных материалов является арсенид индия, (InAs), имеющий ширину запрещенной зоны 0,41 эВ (T=77 K). Как известно, важнейшим параметром, определяющим как фотоэлектрические, так и электрические характеристики фотодиода является величина дифференциального сопротивления в нуле смещения, R, или RS-произведение R на площадь фотодетектора. Этим параметром определяются характеристики чувствительности и, соответственно, возможности применения этих фотоприемников для решения специальных задач, в том число и оборонного значения. Повышение R важно как при создании одноэлементных, так и многоэлементных фотоприемников.
16
-3
18
-3
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе изготовления фотодиода путем формирования на подложке InAs n-типа проводимости слоя InAs p-типа проводимости и нанесения контактов, согласно формуле изобретения, на слой InAs p-типа проводимости наращивают слой широкозонного твердого раствора InAsSbP p-типа проводимости с концентрацией дырок 10 см<p<10 см.
Слой InAs p-типа проводимости формируют в процессе наращивания слоя широкозонного твердого раствора InAsSbP p-типа проводимости.
Таким образом изготовленный фотодиод представляет собой трехслойную структуру с контактами.
Сущность изобретения и доказательство существенности признаков
Хорошо известно, что на поверхности InAs p-типа почти всегда, за исключением, может быть, сильнолегированных образцов, образуется инверсионный n-слой. Поэтому следовало ожидать, что независимо от способа создания p-n перехода (диффузией, эпитаксией и др.) инверсионный слой будет служить дополнительным каналом протекания тока и в этой связи дифференциальное сопротивление в нуле смещения будет снижено в той или иной степени в зависимости от параметров слоя.
16
-3
18
-3
Эпитаксиальное наращивание широкозонного слоя твердого раствора InAsSbP p-типа с концентрацией дырок 10 см<p<10 см приводит к следующему: благодаря формированию p-InAs вследствие диффузии легирующей примеси из твердого раствора p-n переход лежит неглубоко от гетерограницы в n-InAs. Вследствие этого отрицательное влияние инверсионного слоя на p-слое InAs будет резко снижено вследствие двух причин. Во-первых, благодаря отсечению значительной части инверсионного слоя, находящейся на фронтальной (освещаемой) поверхности, и, во-вторых, благодаря блокирующему барьеру на границе инверсионный слой - p-InAsSbP.
18
-3
16
-3
0
Легирование InAsSbP до концентраций p>10 см увеличит туннельную компоненту механизма токопрохождения, что приведет к снижению R. Уменьшение концентрации легирующей акцепторной примеси в твердом растворе до p<10 см приведет, с одной стороны, к увеличению вероятности образования инверсионного слоя и на поверхности твердого раствора, а с другой, - не приведет к созданию p-n перехода.
Возможность формирования p-слоя InAs в процессе эпитаксиального наращивания твердого раствора InAsSbP p-типа определяется следующими факторами: во-первых, в этом случае обеспечивается неглубокое залегание p-n перехода (≤5 мкм), что снижало площадь инверсионного слоя и приводит к максимуму квантового выхода фотоэффекта; во-вторых, снижалось влияние изотипной гетерограницы p-InAs-p-InAsSbP на механизм объемного токопрохождения, в то время как двухступенчатый процесс увеличит вероятность образования большой плотности промежуточных состояний.
Таким образом, каждый из перечисленных признаков необходим, а все вместе они достаточны для достижения цели.
Доказательство существенности отличий
16
-3
18
-3
3
2
0
На момент подачи заявки из знания мирового уровня техники не известна заявленная совокупность признаков, хотя по отдельности некоторые признаки могут быть известны. Так, например, известно техническое решение, в совокупности признаков которого входит 10 см<p<10 см. Это приводит к достигнутым значениям RS 2·10 Ом·см.
16
-3
18
-3
4
2
0
0
В результате взаимовлияния признаков заявленной совокупности, включающей эпитаксиальное наращивание широкозонного твердого раствора InAsSbP p-типа с оптимальной концентрацией дырок 10 см<p<10 см на подложку InAs n-типа удалось выявить новое свойство, состоящее в существенном снижении влияния инверсионного слоя, служащего каналом шунтирующей проводимости, что в свою очередь позволило увеличить дифференциальное сопротивление R фотодиода на основе InAs, получив значение RS=9·10 Ом·см.
Сущность изобретения поясняется технологической схемой, изображенной на чертеже: 1 - слой n-InAs, 2 - слой p-InAs, 3 - широкозонный слой p-InAsSbP, 4 - инверсионный слой, 5, 6 - контакты.
Пример конкретной реализации
16
-3
2
Для создания фотодиодов по предлагаемому способу использовались подложки n-InAs (III) с n=(1-3)·10 см. Подложки имели размеры 10×12 мм и перед процессом наращивания обрабатывались в травителе СР-4 в течение 3 с для удаления нарушенного слоя при химико-динамической обработке.
Раствор-расплав заданного состава готовился смешением необходимых компонент, гомогенизировался при температуре 720°C в течение 1,5 час, далее следовало снижение температуры до 710°C и расплав приводился в контакт с подложкой n-InAs. Система охлаждалась со скоростью 0,46 °/мин на 8°C, после чего подложка с выращенным слоем InAsSbP механически выводилась из-под раствора-расплава. В процессе наращивания твердого раствора в результате диффузии цинка в подложку формировался p-слой InAs. Далее пластина разрезалась на отдельные заготовки, затем создавались омические контакты к p-InAsSbP пайкой In: 5% Zn, к n-InAs вплавлением индия. Электрохимической обработкой достигался максимальный фотоответ и требуемая геометрия фотодиода.
В созданных фотодиодах определялось дифференциальное сопротивление при нулевом смещении по вольтамперным характеристикам.
1-x-y
x
y
Пример №1. InAsSbP; x=0,06, y=0,12
<mrow><msubsup><mi>X</mi><mrow><mi>A</mi><mi>s</mi></mrow><mi>L</mi></msubsup><mo>=</mo><mn>5,77</mn><mo>⋅</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>2</mn></mrow></msup><mtext> ат</mtext><mtext>.д</mtext><mtext>.</mtext></mrow>
<mrow><msubsup><mi>X</mi><mi>P</mi><mi>L</mi></msubsup><mo>=</mo><mn>3</mn><mo>⋅</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>3</mn></mrow></msup><mtext> ат</mtext><mtext>.д</mtext><mtext>.</mtext></mrow>
<mrow><msubsup><mi>X</mi><mrow><mi>S</mi><mi>b</mi></mrow><mi>L</mi></msubsup><mo>=</mo><mn>0,365</mn><mtext> ат</mtext><mtext>.д</mtext><mtext>.</mtext></mrow>
<mrow><msubsup><mi>X</mi><mrow><mi>I</mi><mi>n</mi></mrow><mi>L</mi></msubsup><mo>=</mo><mn>0,574</mn><mo>⋅</mo><mtext> ат</mtext><mtext>.д</mtext><mtext>.</mtext></mrow>
<mrow><msubsup><mi>X</mi><mrow><mi>Z</mi><mi>n</mi></mrow><mi>L</mi></msubsup><mo>=</mo><mn>3</mn><mo>⋅</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>4</mn></mrow></msup><mtext> ат</mtext><mtext>.д</mtext><mtext>.</mtext></mrow>
17
-3
Состав:
,
,
,
,
(p=10 см).
0
4
2
RS=9·10 Ом·см при T=77 K.
17
-3
Аналогично примеру №1 изготавливался фотодиод в примере №2 с той лишь разницей, что концентрация дырок p=8·10 см.
1-x-y
x
y
Пример №2. InAsSbP; x=0,06, y=0,12
<mrow><msubsup><mi>X</mi><mrow><mi>A</mi><mi>s</mi></mrow><mi>L</mi></msubsup><mo>=</mo><mn>5,77</mn><mo>⋅</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>3</mn></mrow></msup><mtext> ат</mtext><mtext>.д</mtext><mtext>.</mtext></mrow>
<mrow><msubsup><mi>X</mi><mi>P</mi><mi>L</mi></msubsup><mo>=</mo><mn>3</mn><mo>⋅</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>3</mn></mrow></msup><mtext> ат</mtext><mtext>.д</mtext><mtext>.</mtext></mrow>
<mrow><msubsup><mi>X</mi><mrow><mi>S</mi><mi>b</mi></mrow><mi>L</mi></msubsup><mo>=</mo><mn>0,365</mn><mtext> ат</mtext><mtext>.д</mtext><mtext>.</mtext></mrow>
<mrow><msubsup><mi>X</mi><mrow><mi>I</mi><mi>n</mi></mrow><mi>L</mi></msubsup><mo>=</mo><mn>0,574</mn><mo>⋅</mo><mtext> ат</mtext><mtext>.д</mtext><mtext>.</mtext></mrow>
<mrow><msubsup><mi>X</mi><mrow><mi>Z</mi><mi>n</mi></mrow><mi>L</mi></msubsup><mo>=</mo><mn>7</mn><mo>⋅</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>4</mn></mrow></msup><mtext> ат</mtext><mtext>.д</mtext><mtext>.</mtext></mrow>
17
-3
Состав:
,
,
,
,
(p=8·10 см).
0
3
2
RS=7,5·10 Ом·см при T=77 K.
0
Таким образом, по сравнению с прототипом, полученные RS больше в 11,4 раза.