close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY3033

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(19)
BY (11) 3033
(13)
C1
6
(51) H 01L 31/08,
(12)
H 01L 31/10
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ
КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
(54)
МПМ-ФОТОДИОД
(21) Номер заявки: 960380
(22) 1996.07.22
(46) 1999.09.30
(71) Заявитель: Минский научно-исследовательский институт радиоматериалов (BY)
(72) Авторы: Юрченок Л.Г., Улитенок О.А., Телеш
Е.В. (BY)
(73) Патентообладатель:
Минский
научно-исследовательский институт радиоматериалов
(BY)
(57)
МПМ-фотодиод, содержащий встречно-штыревые электроды, образующие барьер Шоттки с фоточувствительной поверхностью полупроводниковой подложки из арсенида галлия и расположенный между электродами поверхностно-легированный слой, отличающийся тем, что встречно-штыревые электроды выполнены утопленными в канавки полупроводниковой подложки, металлические выводы к этим электродам
расположены на межслойном диэлектрическом покрытии, нанесенном на поверхностно-легированный слой, а
между поверхностно-легированным слоем и металлическими электродами образован воздушный зазор.
(56)
1. Optical and Quantum Electronics. – 1988. - 20 - P. 452-454.
2. EP 0252414 A1, МПК H01L 31/10, 1988.
BY 3033 C1
Фиг. 1
Изобретение относится к области оптоэлектроники, в частности к фотодиодам со структурой металлполупроводик-металл и может быть использовано, например, в качестве фоточувствительных компонентов оптоэлектронных ИС в световодных системах связи и оптической локации.
Известен МПМ-фотодиод, содержащий встречно-штыревые электроды, образующие барьеры Шоттки с нелегированным слоем, выращенным эпитаксией из паровой фазы на полуизолирующей полупроводниковой подложке GaAs, и металлические выводы, являющиеся продолжением этих электродов, расположенных на поверхности полуизолирующей подложки [1].
Недостатками данного изобретения являются:
низкая квантовая эффективность из-за высокой скорости поверхностной рекомбинации носителей заряда
вследствие захвата генерируемых излучением электронно-дырочных пар ловушками фоточувствительной
поверхности полупроводника между электродами;
высокие значения темнового тока и, соответственно, минимального уровня шума, а следовательно, и порога чувствительности вследствие значительного вклада поверхностной составляющей темнового тока, обусловленной процессами генерации-рекомбинации на поверхности полупроводника;
низкое быстродействие МПМ-фотодиода, определяемое постоянной времени RC-цепи из-за высокого значения паразитной емкости, обусловленной большой площадью металлических выводов, расположенных по
поверхности полупроводника.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому является МПМ-фотодиод [2], содержащий
BY 3033 C1
встречно-штыревые электроды, образующие барьеры Шоттки с поверхностно-легированным слоем на полуизолирующей полупроводниковой подложке GaAs (прототип).
Создание поверхностно-легированного слоя полупроводника позволяет уменьшить скорость поверхностной рекомбинации за счет отталкивания носителей заряда и предотвращения их захвата поверхностью и, соответственно, увеличить квантовую эффективность МПМ-фотодиода, а также уменьшить темновой ток за
счет снижения поверхностных токов утечки.
К недостатком, прибора следует отнести:
высокое значение темнового тока при больших напряжениях смещения на электродах из-за туннелирования носителей заряда через барьеры Шоттки, сформированные на поверхностно-легированном слое;
высокое значение уровня порога чувствительности МПМ-фотодиода из-за повышенных шумов, обусловленных генерационно-рекомбинационной составляющей темнового тока, вследствие того, что область пространственного заряда, образуемая барьером Шоттки, включает область дефектной границы раздела поверхностно-легированного слоя и объема полупроводниковой подложки;
низкое быстродействие МПМ-фотодиода, определяемое постоянной времени RC-цепи из-за высокого значения емкости, барьера Шотки, обусловленной большой площадью электродов.
Задачей изобретения является понижение уровня порога чувствительности, снижение темнового тока при
больших напряжениях смещения на электродах и увеличение быстродействия МПМ-фотодиода.
Эта задача достигается тем, что в МПМ-фотодиоде, содержащем встречно-штыревые электроды, образующие барьер Шотгки с фоточувствительной поверхностью полупроводниковой полуизолирующей подложки из арсенида галлия и расположенный между электродами поверхностно-легированный слой, встречно-штыревые электроды выполнены утопленными в канавки полупроводниковой подложки, металлические
выводы к этим электродам расположены в межслойном диэлектрическом покрытии, нанесенном на поверхностно-легированный слой, а между поверхностно-легированным слоем и металлическими электродами образован воздушный зазор.
По сравнению с прототипом [2] предлагаемый МПМ-фотодиод имеет существенные отличия:
за счет того, что встречно-штыревые электроды выполнены утопленными в канавки полуизолирующей
полупроводниковой подложки, между которой находится поверхностно-легированный слой, и между поверхностно-легированным слоем и металлическими выводами образован воздушный зазор, удается снизить
уровень порога чувствительности и снизить значение темнового тока при больших напряжениях смещения на
электроде;
увеличить быстродействие МПМ-фотодиода, определяемое постоянной времени RC-цепи, за счет
уменьшения паразитной емкости МПМ-фотодиода, расположением металлических выводов на диэлектрическом покрытии.
Предлагаемый МПМ-фотодиод, изображенный на фиг. 1, 2 содержит:
GaAs полуизолирующую подложку 1 с поверхностно-легированным слоем 2; просветляющее пассивирующее межэлементное диэлектрическое покрытие 3; встречно-штыревые электроды с количеством штырей
от 3 до 3000 шт. 4; воздушный зазор 8; диэлектрическое покрытие 9; металлические выводы 5; падающее
оптическое излучение 6; граница раздела диэлектрическое покрытие - поверхностный слой 7.
МПМ-фотодиод работает следующим образом.
Поступающее на МПМ-фотодиод оптическое излучение 6 проходит просветляющее диэлектрическое покрытие 3, 9 и поверхностно-легированный слой 2 полуизолирующей подложки GaAs 1 и поглощается в объеме
полупроводника. Барьеры Шоттки, образованные в зонах контактов встречно-штыревых электродов 4 с поверхностью полуизолирующего полупроводника 1, ограничивают фототок значениями тока, индуцированного фотонами определенной энергии и частоты, необходимой для преодоления барьера. При подаче напряжения смещения на металлические выводы 5 генерированные оптическим излучением носители заряда
захватываются и ускоряются полем ОПЗ в результате чего электроны из зоны проводимости полупроводника попадают на электроды 4, вызывая во внешней цепи диода фототок.
Низкая концентрация носителей заряда в полуизолирующей подложке 1 позволяет получить большую область
сбора генерируемых излучением носителей заряда за счет большой ширины области пространственного заряда полупроводника. При этом подавляется захват носителей заряда поверхностью 7 полупроводниковой
структуры GaAs под влиянием электрического поля каждого из элементов встречно-штыревых электродов 4
вследствие встроенного поля поверхностно-легированного слоя 2 полуизолирующего полупроводника 1, которое преломляет и отражает от поверхности 7 генерированные в объеме полупроводника 1 носители заряда.
За счет того, что в конструкции МПМ-фотодиода встречно-штыревые электроды выполнены утопленными
в канавки полуизолирующей полупроводниковой подложки 1, между которыми находится поверхностнолегированный слой 2, а между поверхностно-легированным слоем 2 и металлическими электродами образован воздушный зазор 8, исключающий электрический контакт между ними, достигается снижение JT при
больших напряжениях смещения на электродах 4 вследствие уменьшения туннелирования носителей заряда
через барьер Шоттки, т.к. последние образованы контактом электродов 4 с поверхностью полуизолирующей
полупроводниковой подложки 1, а также снижение генерационно-рекомбинационной составляющей темнового
тока и, следовательно, минимального уровня шума, а значит, и понижение уровня порога чувствительности
МПМ-фотодиода вследствие того, что область ОПЗ, образуемая барьер Шоттки, не включает область дефектной границы раздела поверхностно-легированного слоя 2 и полуизолирующей подложки 1.
BY 3033 C1
За счет того, что металлические выводы 5 к электродам расположены на диэлектрическом покрытии 9,
удается уменьшить площадь электродов 4, тем самым уменьшая емкость барьера Шоттки, образуемого этими электродами с полуизолирующей полупроводниковой подложкой 1, а также удается снизить паразитную
емкость МПМ-фотодиода, связанную с металлическим выводом 5, чем достигается повышенное быстродействие МПМ-фотодиода.
В качестве материала встречно-штыревых электродов 4 можно использовать Al, Ni, Мо, Та, WSi, Ti,
Тi/Аu, а материалом металлического вывода 5, кроме Аl, могут быть Аu, Ti/Au, причем выбор материалов
электродов 4 и вывод 5 определяется селективностью травления материалов выводов по отношению к материалу электродов. Подложкой при изготовлении служит пластина полуизолирующего GaAs с поверхностнолегированными слоями типа n+-n-nБ-ni.
В качестве просветляющего пассивирующего межслойного диэлектрического покрытия 3 можно использовать слои SiO2, Аl2O3, Si3N4, Nb2O3, ZnO2, полимиды SiOxNy толщиной, обеспечивающей пропускание излучения с минимальным отражением от границы раздела диэлектрик-поверхностно-легированный слой.
По сравнению с прототипом предлагаемая конструкция имеет следующие преимущества:
низкие значения темнового тока при больших напряжениях смещения на электродах вследствие уменьшения
туннелирования носителей заряда через барьер Шоттки, который образован контактом электродов с поверхностью полуизолирующей полупроводниковой подложки, в то время как в прототипе они образованы контактом
электродов с поверхностно-легированным слоем;
низкие значения генерационно-рекомбинационной составляющей Jт, и, следовательно, минимального
уровня шума, а значит, уровня порога чувствительности МПМ-фотодиода вследствие того, что ОПЗ, образуемая барьером Шоттки, не включает область дефектной границы раздела поверхностно-легированного
слоя и полуизолирующей полупроводниковой подложки;
уменьшение площади электродов, следовательно, емкости барьера Шоттки, а также снижение паразитной емкости МПМ-ФД, связанной с металлическими выводами, расположенными на диэлектрическом покрытии,
чем достигается повышенное быстродействие МПМ-фотодиода, определяемое постоянной RС-цепи;
диэлектрический слой, который выполняет функции просветляющего пассивирующего межэлементного покрытия, позволяет обеспечить пропускание излучения с минимальным отражением от границы раздела диэлектрик-поверхностно-легированный слой, тем самым повысить квантовую эффективность МПМфотодиодов, а также повысить стабильность электрофизических характеристик прибора вследствие пассивации поверхности полупроводника;
утопленные в канавки электроды не экранируют светоприемной поверхности подложки, что обеспечивает увеличение квантовой эффективности прибора.
Фиг. 2
Государственный патентный комитет Республики Беларусь.
220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
181 Кб
Теги
by3033, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа