RU2530458C1 - СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОЭЛЕМЕНТНОГО ФОТОПРИЕМНИКА НА ОСНОВЕ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СТРУКТУР InGaAs/InP - Google Patents
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОЭЛЕМЕНТНОГО ФОТОПРИЕМНИКА НА ОСНОВЕ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СТРУКТУР InGaAs/InP Download PDFInfo
- Publication number
- RU2530458C1 RU2530458C1 RU2013118764/28A RU2013118764A RU2530458C1 RU 2530458 C1 RU2530458 C1 RU 2530458C1 RU 2013118764/28 A RU2013118764/28 A RU 2013118764/28A RU 2013118764 A RU2013118764 A RU 2013118764A RU 2530458 C1 RU2530458 C1 RU 2530458C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- etching
- inp
- epitaxial
- ingaas
- array
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
Изобретение может быть использовано в системах лазерной локации, обнаружения лазерного излучения, ИК-спектрометрии, многоспектральных ВОЛС, а также нового поколения систем ночного видения. Согласно изобретению изготовление многоэлементного фотоприемника на основе эпитаксиальных p-i-n-структур InGaAs/InP на поверхность р+-In 0,53 Ga 0,47 As осуществляют путем нанесения фотолитографическим способом маски фоторезиста, ионного травления до подложки n+-InР и финишным химическим травлением, которым формируют множество одинаковых несвязанных p-i-n-областей на проводящем основании, изолированных друг от друга промежутком, ширина которого составляет 1 мкм. При этом потеря светового потока в матрице с шагом 15 мкм составит 6,5%, что в четыре раза меньше, чем при жидкостном способе формирования отдельных p-i-n-диодов. Глубина травления меза-структуры задается временем и скоростью травления ионами аргона с энергией 1 кэВ и плотностью тока 0,2 мА/см2 до подложки n+-InР через маску фоторезиста, что позволяет останавливать процесс травления на требуемой глубине, разделяя элементы матрицы по обедненному носителями n-слою, и, таким образом, устраняет фотоэлектрическую взаимосвязь между отдельными элементами. Таким образом, изобретение обеспечивает создание технологии изготовления матриц фоточувствительных элементов с минимальными потерями светового потока, без фотоэлектрической взаимосвязи и высоким быстродействием. 1 ил.
Description
Изобретение относится к технологии изготовления многоэлементных фотоприемников и может быть использовано в системах лазерной локации, обнаружения лазерного излучения, ИК-спектрометрии, многоспектральных ВОЛС, а также нового поколения систем ночного видения.
Известен способ изготовления многоэлементного фотоприемника на основе InGaAs [Marshall J.Cohen et al. Commercial and Industrial Applications of Indium Gallium Arsenide Near Infrared Focal Plane Arrays, описанный в Part of the SPIE Conference on Infrared Technology and Applications XXV Orlando, Florida, April 1999 SPIE Vol.3698], пo меза-планарной технологии с использованием эпитаксиальной структуры n-InP/n-In 0,53 Ga 0,47 As/n+-InP, разработанный фирмой Sensor Unlimited, Inc. (США). Единичные фотодиоды являются планарными, и все процессы диффузии проводятся с маской из пассивирующей пленки нитрида кремния (Si3N4). Фотодиодная матрица изолируется с помощью меза-травления эпитаксиальных слоев n-InP и n-In 0,53 Ga 0,47 As до подложки +-InP, при этом формируется электрический контакт к n+-InP, т.н. общий вывод. Технология способа изготовления включает в себя следующие процессы:
- пластину покрывают пленкой Si3N4 для хорошей пассивации поверхности;
- фотолитографическим способом в пленке вскрывают окна под диффузию с помощью плазмохимического травления;
- p-n-переход формируют диффузией цинка в замкнутой трубе из источника ZnAs. Время и температура диффузии подбираются так, чтобы диффузионный фронт находился на глубине около 2500А в активном слое InGaAs;
- пластины покрывают вторым слоем пленки Si3N4;
- во втором слое Si3N4 вскрывают контактные окна и создают омические контакты металлизацией золото/цинк (Au/Zn);
- фотодиодную матрицу изолируют меза-травлением, и образуется контакт к подложки n+-InP;
- омический контакт золото/германий (Au/Ge) наносят на подложку и, таким образом, формируют оба контакта на пластине;
- с обратной стороны наносят антиотражающее покрытие;
- металлизацию золото/титан (Au/Ti) наносят в качестве верхнего слоя как на омические контакты к р-области, так и на омические контакты к подложке n+-InP;
- индиевые столбики наносят на контакты как к р-области, так и на контакты к подложке n+-InP;
- пластины разбраковывают и режут на кристаллы.
Недостатком указанного способа является то, что при меза-планарной технологии изготовления фотоприемника и засветке кристалла с обратной стороны (при эксплуатации в составе фотоэлектронного модуля) существует большая вероятность боковой засветки вне области пространственного заряда (ОПЗ), что приводит к фотоэлектрической взаимосвязи соседних каналов и снижению быстродействия фоточувствительного элемента за счет диффузионной составляющей собирания генерированных светом носителей заряда из объема примыкающего к периметру p-i-n-перехода. Длина диффузии неосновных носителей может составлять 60 мкм.
Одним из решений проблемы является сформированная на освещаемой стороне подложки n+-InР диафрагма, которая устраняет возможность боковой засветки периферийной необедненной n-области при планарной технологии изготовления кристалла многоэлементного фотоприемника[RU 2318272 С1, Чинарева И.В., Огнева О.В., Забенькин О.Н., Мищенкова Т.Н. «Способ изготовления быстродействующего многоэлементного фотоприемника на основе эпитаксиальных структур InGaAs/InP»]. Недостатком этого способа являются большие темновые токи элементов, величина которых пропорциональна объему области, примыкающей к периметру p-i-n-перехода, из которой собираются неосновные носители, и это снижает пороговые характеристики прибора. Кроме этого, на диафрагме отражается часть падающего излучения, что приводит к потере полезного сигнала. Дифракционное рассеяние на диафрагме уменьшает быстродействие из-за наличия диффузионной составляющей тока носителей, генерированных в области тени диафрагмы.
Наиболее близким к настоящему изобретению является техническое решение, описанное в статье [High Uniformity InGaAs Linear Mesa-type SWIR Focal Plane Arrays» Tang Hengjing*a, b, Wu Xiaoli a, b, Zhang Kefeng a, b, Ye Liping a, Wang Nili a, Li Xue a, Gong Haimei a aState Key Laboratories of Transducer Technology, Shanghai Institute of Technical Physics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai, China 200083; bGraduate School of the Chinese Academy of Sciences, Beijing, China 100039]. Линейные четырехрядные матрицы фотодиодов с размером пикселя 56×56 мкм2 и шагом в линейке фотодиодов 112 мкм сформированы химическим травлением эпитаксиальной структуры с p-i-n-переходом до подложки n+-InP. В такой структуре при условии полного стравливания слоя n-In 0,53 Ga 0,47 As за пределами проекции периметра p-i-n-перехода отсутствуют области, из которых собираются избыточные неосновные носители. Однако по мнению авторов коэффициент фотоэлектрической взаимосвязи соседних элементов составляет 7% из-за неполного стравливания слоя n-In 0,53 Ga 0,47 As. Из-за неоднородного травления по площади трудно изготовить матрицы элементов с одинаковой глубиной травления. В случае прямого травления эпитаксиального слоя до подложки через маску фоторезиста процесс растворения идет изотропно. Поэтому минимальное расстояние между пикселями обычно превышает толщину эпитаксиального слоя. При необходимой глубине травления 4 мкм и шаге в матрице 15 мкм получим площадь фоточувствительного элемента не более 13×13 мкм2. Потеря светового потока составит (1-13×13/15×15)×100%=25%.
Известен способ изготовления индиевых микроконтактов ионным травлением [Болтарь К.О., Корнеева М.Д., Мезин Ю.С., Седнев М.В. Прикладная физика. 2011 г., №1]. Метод травления ионами инертного газа позволяет воспроизводить с прецизионной точностью размеры маски, нанесенной на поверхность любого материала. При этом процесс травления идет анизотропно в направлении падения ионов рабочего газа. Недостатком известного способа является возможность переосаждения распыляемых атомов поверхности на вертикальные стенки формируемой структуры. Это может приводить к образованию слоя, шунтирующего p-i-n-переход.
Задачей настоящего изобретения является создание многоэлементного фотоприемника на основе эпитаксиальных структур InGaAs/InP с минимальными потерями регистрируемого излучения без фотоэлектрической взаимосвязи элементов и увеличение его быстродействия.
Технический результат предлагаемого изобретения достигается тем, что в способе изготовления многоэлементного фотоприемника на основе эпитаксиальных p-i-n-структур InGaAs/InP на поверхность р+-In 0,53 Ga 0,47 As фотолитографическим способом наносят маску фоторезиста и ионным травлением до подложки n+-InР и финишным химическим травлением формируют множество одинаковых несвязанных р-i-n-областей на проводящем основании, изолированных друг от друга промежутком, ширина которого меньше, чем в аналоге. Финишное химическое травление поверхности проводят для удаления слоя, образовавшегося при ионном травлении и шунтирующего p-n-переходы. Далее выполняют стандартные процессы: удаление фоторезиста, нанесение пленки нитрида кремния, вскрывают окна в нитриде кремния, изготавливают контакты к n- и p-областям. Ширина промежутка между несвязанными областями составляет 1 мкм. При этом потеря светового потока в матрице с шагом 15 мкм составит (1-14,5x14,5/15x15)х100%=6,5%, что в четыре раза меньше, чем при жидкостном способе формирования отдельных p-i-n-диодов. Глубина травления меза-структуры задается временем и скоростью травления ионами аргона с энергией 1 кэВ и плотностью тока 0,2 мА/см2 до подложки n+-InP через маску фоторезиста, что позволяет останавливать процесс травления на требуемой глубине, разделяя элементы матрицы по обедненному носителями n-слою, и, таким образом, устраняет фотоэлектрическую взаимосвязь между отдельными элементами. В изготовленной предлагаемым способом матрице фоточувствительных элементов отсутствуют области за пределами проекции периметра p-i-n-перехода, что способствует увеличению быстродействия фотоприемника.
Схематическое изображение фрагмента матрицы, изготовленной по предлагаемому способу, иллюстрируется на фиг.1.
Claims (1)
- Способ изготовления многоэлементного фотоприемника на основе эпитаксиальных p-i-n-структур InGaAs/InP, состоящий в том, что множество одинаковых фотоэлектрически несвязанных p-i-n-областей в матрице фотодиодов формируют травлением эпитаксиальной структуры с p-i-n-переходом до подложки n+-InP, отличающийся тем, что множество одинаковых фотоэлектрически несвязанных p-i-n-областей на проводящем основании формируют ионным травлением ионами аргона с энергией 1 кэВ и плотностью тока 0,2 мА/см2 p-i-n-структуры р+-In 0,53 Ga 0,47 As, p-InP, n-In 0,53 Ga 0,47 As на подложке n+-InP до подложки n+-InP через маску фоторезиста и финишным химическим травлением.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013118764/28A RU2530458C1 (ru) | 2013-04-23 | 2013-04-23 | СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОЭЛЕМЕНТНОГО ФОТОПРИЕМНИКА НА ОСНОВЕ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СТРУКТУР InGaAs/InP |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013118764/28A RU2530458C1 (ru) | 2013-04-23 | 2013-04-23 | СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОЭЛЕМЕНТНОГО ФОТОПРИЕМНИКА НА ОСНОВЕ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СТРУКТУР InGaAs/InP |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2530458C1 true RU2530458C1 (ru) | 2014-10-10 |
Family
ID=53381664
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013118764/28A RU2530458C1 (ru) | 2013-04-23 | 2013-04-23 | СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОЭЛЕМЕНТНОГО ФОТОПРИЕМНИКА НА ОСНОВЕ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СТРУКТУР InGaAs/InP |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2530458C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2622491C1 (ru) * | 2016-08-11 | 2017-06-15 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" (Госкорпорация "РОСКОСМОС") | Способ изготовления ограничительного модуля на встречно-включенных p-i-n структурах |
RU2627146C1 (ru) * | 2016-10-04 | 2017-08-03 | Акционерное общество "НПО "Орион" | Мезаструктурный фотодиод на основе гетероэпитаксиальной структуры InGaAs/AlInAs/InP |
RU2644992C2 (ru) * | 2016-05-31 | 2018-02-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) | Способ изготовления фотопреобразователя |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2065228C1 (ru) * | 1993-06-04 | 1996-08-10 | Институт физики полупроводников СО РАН | Многоэлементный ик-приемник на горячих носителях с длинноволновой границей 0,2 эв |
US6005266A (en) * | 1997-03-13 | 1999-12-21 | The Trustees Of Princeton University | Very low leakage JFET for monolithically integrated arrays |
EP1063709A2 (en) * | 1999-05-13 | 2000-12-27 | Hughes Electronics Corporation | Method of fabricating a surface coupled InGaAs photodetector |
JP2007165359A (ja) * | 2005-12-09 | 2007-06-28 | Nec Corp | 半導体受光素子 |
RU2318272C1 (ru) * | 2006-06-05 | 2008-02-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "НПО "ОРИОН", ФГУП "НПО "ОРИОН" | СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕГО МНОГОЭЛЕМЕНТНОГО ФОТОПРИЕМНИКА НА ОСНОВЕ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СТРУКТУР InGaAs/InP |
-
2013
- 2013-04-23 RU RU2013118764/28A patent/RU2530458C1/ru active IP Right Revival
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2065228C1 (ru) * | 1993-06-04 | 1996-08-10 | Институт физики полупроводников СО РАН | Многоэлементный ик-приемник на горячих носителях с длинноволновой границей 0,2 эв |
US6005266A (en) * | 1997-03-13 | 1999-12-21 | The Trustees Of Princeton University | Very low leakage JFET for monolithically integrated arrays |
EP1063709A2 (en) * | 1999-05-13 | 2000-12-27 | Hughes Electronics Corporation | Method of fabricating a surface coupled InGaAs photodetector |
JP2007165359A (ja) * | 2005-12-09 | 2007-06-28 | Nec Corp | 半導体受光素子 |
RU2318272C1 (ru) * | 2006-06-05 | 2008-02-27 | Федеральное государственное унитарное предприятие "НПО "ОРИОН", ФГУП "НПО "ОРИОН" | СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕГО МНОГОЭЛЕМЕНТНОГО ФОТОПРИЕМНИКА НА ОСНОВЕ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СТРУКТУР InGaAs/InP |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2644992C2 (ru) * | 2016-05-31 | 2018-02-15 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кабардино-Балкарский государственный университет им. Х.М. Бербекова" (КБГУ) | Способ изготовления фотопреобразователя |
RU2622491C1 (ru) * | 2016-08-11 | 2017-06-15 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по космической деятельности "РОСКОСМОС" (Госкорпорация "РОСКОСМОС") | Способ изготовления ограничительного модуля на встречно-включенных p-i-n структурах |
RU2627146C1 (ru) * | 2016-10-04 | 2017-08-03 | Акционерное общество "НПО "Орион" | Мезаструктурный фотодиод на основе гетероэпитаксиальной структуры InGaAs/AlInAs/InP |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20210273120A1 (en) | Photodetectors, preparation methods for photodetectors, photodetector arrays, and photodetection terminals | |
WO2020119200A1 (zh) | 单光子雪崩二极管及制作方法、探测器阵列、图像传感器 | |
US20240153984A1 (en) | Shallow trench textured regions and associated methods | |
EP2403011B1 (en) | Semiconductor light-detecting element | |
CN102187469B (zh) | 电磁辐射转换器和电池 | |
US9111830B1 (en) | Perforated blocking layer for enhanced broad band response in a focal plane array | |
US20220149098A1 (en) | Microstructure enhanced absorption photosensitive devices | |
US20140346356A1 (en) | Optical detector unit | |
US20130043372A1 (en) | Multi-Band Position Sensitive Imaging Arrays | |
US20190214428A1 (en) | Germanium-modified, back-side illuminated optical sensor | |
US10069032B2 (en) | Method of forming an infrared photodetector | |
CN109273561A (zh) | 一种msm光电探测器的制备方法 | |
RU2530458C1 (ru) | СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОЭЛЕМЕНТНОГО ФОТОПРИЕМНИКА НА ОСНОВЕ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СТРУКТУР InGaAs/InP | |
CN1794473A (zh) | 微台面列阵碲镉汞红外双波段焦平面探测器芯片 | |
KR102467958B1 (ko) | 단파 적외선 스펙트럼 체계에 대한 게르마늄 기반 초점 평면 배열 | |
CN105185845A (zh) | 一种在P层和N层引入微结构硅的Si-PIN光电探测器及其制备方法 | |
JP2019512890A (ja) | 直接読み取りピクセルアライメント | |
CN102832289B (zh) | 基于光子频率上转换的太赫兹成像器件、转换方法 | |
EP4059055A1 (en) | Microstructure enhanced absorption photosensitive devices | |
RU2469438C1 (ru) | Полупроводниковый фотодиод для инфракрасного излучения | |
EP3794643B1 (en) | Integration of a short-wave infrared detector with cmos compatible substrates | |
US8247881B2 (en) | Photodiodes with surface plasmon couplers | |
RU2318272C1 (ru) | СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕГО МНОГОЭЛЕМЕНТНОГО ФОТОПРИЕМНИКА НА ОСНОВЕ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СТРУКТУР InGaAs/InP | |
JPH0828493B2 (ja) | 光検知器 | |
US20200357833A1 (en) | Short-wave infrared detector array and fabrication methods thereof |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150424 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20161020 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200424 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20210405 |