RU2488916C1 - Semiconductor infrared detector - Google Patents
Semiconductor infrared detector Download PDFInfo
- Publication number
- RU2488916C1 RU2488916C1 RU2012101130/28A RU2012101130A RU2488916C1 RU 2488916 C1 RU2488916 C1 RU 2488916C1 RU 2012101130/28 A RU2012101130/28 A RU 2012101130/28A RU 2012101130 A RU2012101130 A RU 2012101130A RU 2488916 C1 RU2488916 C1 RU 2488916C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- semiconductor
- ohmic contact
- substrate
- active region
- region
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к оптоэлектронной технике, точнее к компактным фотоприемникам излучения в инфракрасном (ИК) диапазоне длин волн, применяемым в различных областях науки и техники, в промышленности, а именно в спектроскопии, в медицине, оптических системах связи и передачи информации, в оптических сверхскоростных вычислительных и коммутационных системах.The invention relates to optoelectronic technology, more specifically to compact radiation photodetectors in the infrared (IR) wavelength range, used in various fields of science and technology, in industry, namely in spectroscopy, medicine, optical communication systems and information transfer, in optical superfast computing and switching systems.
Особенностью фотодиодов (ФД) для средней ИК-области спектра (3-5 мкм), работающих при комнатной температуре, является сравнительно слабая квантовая эффективность (20-40%).A feature of photodiodes (PD) for the mid-IR region of the spectrum (3-5 μm) operating at room temperature is the relatively weak quantum efficiency (20–40%).
Известен полупроводниковый приемник (см. патент US 3542477, МПК G01S 1/02, опубликован 24.11.1970), содержащий корпус с окном за которым находится полусферическое вогнутое зеркало, направляющее излучение на фотодиод.Known semiconductor receiver (see patent US 3542477, IPC
К недостаткам известной конструкции следует отнести подверженность зеркала воздействиям окружающей среды в процессе эксплуатации, таким как механические, химические и термические. Кроме того, полусферическое зеркало сложно в изготовлении и достаточно громоздко.The disadvantages of the known design include the exposure of the mirror to environmental influences during operation, such as mechanical, chemical and thermal. In addition, a hemispherical mirror is difficult to manufacture and rather bulky.
Известен полупроводниковый приемник инфракрасного излучения (см. US 2010320552, МПК H01L 31/00 опубликована 23.12.2010), состоящий из подложки, фотодиода, сформированного на подложке, в котором взаимодействующие части отделены одна от другой диэлектрическим материалом. Световой поток проникает, по крайней мере, через часть диэлектрического материала. Над световым потоком расположена микролинза, а еще выше - цветной светофильтр.Known semiconductor infrared detector (see US 2010320552, IPC H01L 31/00 published December 23, 2010), consisting of a substrate, a photodiode formed on a substrate in which the interacting parts are separated from one another by dielectric material. The luminous flux penetrates at least through part of the dielectric material. A microlens is located above the luminous flux, and even higher is a color filter.
К недостаткам можно отнести то, что в известном приемнике инфракрасного излучения применяются внешние устройства (микролинза, светофильтр), усложняющие его конструкцию.The disadvantages include the fact that in the known infrared receiver, external devices (microlenses, light filters) are used, complicating its design.
Известен иммерсионный приемник инфракрасного излучения (см. R.Clark Jones. - "Immersed radiation detectors". - Appl. Opt., 1, p.607-613, 1962), в котором чувствительный элемент находится в оптическом контакте с линзой с высоким показателем преломления.Known immersion detector of infrared radiation (see R. Clark Jones. - "Immersed radiation detectors". - Appl. Opt., 1, p.607-613, 1962), in which the sensitive element is in optical contact with the lens with a high index refraction.
При использовании линз достижение высоких значений чувствительности для длин волн 3-5 мкм при комнатной температуре зачастую сопровождается получением узкого угла зрения ФД, определяемого геометрией линзы и узкой полосой чувствительности (с полушириной спектра ~0.6 мкм, что не удовлетворяет требованиям некоторых применений).When using lenses, achieving high sensitivity values for wavelengths of 3-5 μm at room temperature is often accompanied by obtaining a narrow angle of view of the photodiode determined by the geometry of the lens and a narrow sensitivity band (with a half-width of the spectrum of ~ 0.6 μm, which does not satisfy the requirements of some applications).
Известен полупроводниковый приемник инфракрасного излучения на основе гетероструктур InAs/InAs0.88Sb0.12/InAsSbP для спектрального диапазона 2,5-4,9 мкм (см. Шерстнев В.В., Старостенко Д., Андреев И.А., Коновалов ГГ., Ильинская Н.Д., Серебренникова О.Ю., Яковлев Ю.П. - ПЖТФ, 2011, т.37, в.1, с.11-17). Значение плотности обратных темновых токов таких ФД составляет (1,3-7,5)·10-2 А/см2 при напряжении обратного смещения 0,2 В. Дифференциальное сопротивление в нуле смещения достигает величины 700-800 Ом.Known semiconductor infrared detector based on InAs / InAs 0.88 Sb 0.12 / InAsSbP heterostructures for the spectral range of 2.5-4.9 μm (see Sherstnev V.V., Starostenko D., Andreev I.A., Konovalov G., Ilyinskaya N.D., Serebrennikova O.Yu., Yakovlev Yu.P. - PZhTF, 2011, vol. 37, v. 1, pp. 11-17). The density value of the reverse dark currents of such PDs is (1.3-7.5) · 10 -2 A / cm 2 at a reverse bias voltage of 0.2 V. The differential resistance at the bias zero reaches 700-800 Ohms.
Но такие приемники инфракрасного излучения характеризуются недостаточно высокой чувствительностью, которая в максимуме спектральной чувствительности составляет (5-8)·108 cм·Гц½·Bт-1.But such infrared detectors are characterized by insufficiently high sensitivity, which at the maximum of spectral sensitivity is (5-8) · 10 8 cm · Hz ½ · W -1 .
Известен полупроводниковый приемник инфракрасного излучения (см. заявка US 2004171183, МПК H01L 21/00, H01L 31/00, опубликована 02.09.2004), состоящий из полупроводниковой подложки и последовательно нанесенных на нее буферного и светопоглощающего слоев. Эпитаксиальный слой, содержащий активную область в форме выпуклой линзы, сформирован из InP на верхней поверхности светопоглощающего слоя. На верхней поверхности эпитаксиального слоя сформирован диэлектрический слой, исключая активную область. Первый металлический электрод p-типа сформирован на верхней поверхности диэлектрического слоя, второй металлический электрод n-типа сформирован на нижней поверхности подложки. Буферный слой состоит из кристаллической структуры, идентичной структуре подложки.Known semiconductor infrared detector (see application US 2004171183, IPC H01L 21/00, H01L 31/00, published 02.09.2004), consisting of a semiconductor substrate and sequentially deposited on it a buffer and light-absorbing layers. An epitaxial layer containing an active region in the form of a convex lens is formed of InP on the upper surface of the light-absorbing layer. A dielectric layer is formed on the upper surface of the epitaxial layer, excluding the active region. The first p-type metal electrode is formed on the upper surface of the dielectric layer, the second n-type metal electrode is formed on the lower surface of the substrate. The buffer layer consists of a crystalline structure identical to the structure of the substrate.
Ключевым элементом известного фотодиода является выпуклая линза, расположенная внутри полупроводникового кристалла в активной области из фосфида индия (InP). Такой материал чувствителен к излучению в видимом и ближнем ИК-диапазоне, но не может быть использован для применения в среднем ИК-диапазоне (2-5) мкм.A key element of the known photodiode is a convex lens located inside the semiconductor crystal in the active region of indium phosphide (InP). Such material is sensitive to radiation in the visible and near infrared range, but cannot be used for use in the average infrared range (2-5) microns.
Известен полупроводниковый приемник инфракрасного излучения (см. Письма в ЖТФ, том 37, вып.19, стр.95-103, 2011), совпадающий с заявляемым решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип. Известный полупроводниковый приемник инфракрасного излучения, включает полупроводниковую подложку InAs с кольцевой активной областью на основе гетероструктуры, выполненной из твердых растворов InAsSb, первый омический контакт, нанесенный на поверхность кольцевой активной области, и второй сплошной омический контакт, нанесенный на всю поверхность полупроводниковой подложки, противолежащую поверхности с кольцевой активной областью.A well-known semiconductor receiver of infrared radiation (see. Letters in ZhTF, volume 37, issue 19, pages 95-103, 2011), which coincides with the claimed solution for the largest number of essential features and adopted as a prototype. A known semiconductor infrared detector includes an InAs semiconductor substrate with a ring active region based on a heterostructure made of InAsSb solid solutions, a first ohmic contact deposited on the surface of the ring active region, and a second solid ohmic contact deposited on the entire surface of the semiconductor substrate, an opposite surface with a ring active region.
Достоинством известного полупроводникового приемника-прототипа является расширенный диапазон спектральной чувствительности в среднем ИК-диапазоне (2-5) мкм. Однако известный полупроводниковый приемник имеет недостаточную квантовую эффективность, и высокую плотность обратных токов.The advantage of the well-known semiconductor receiver prototype is the extended range of spectral sensitivity in the average IR range (2-5) microns. However, the known semiconductor receiver has insufficient quantum efficiency, and a high density of reverse currents.
Задачей настоящего изобретения являлась разработка такого полупроводникового приемника инфракрасного излучения, который бы, наряду с расширенным диапазоном спектральной чувствительности в среднем ИК-диапазоне (2-5) мкм, имел повышенную квантовую эффективность и более низкую плотность обратных токов.The present invention was the development of such a semiconductor infrared radiation detector, which, along with an extended spectral sensitivity range in the mid-IR range (2-5) microns, had an increased quantum efficiency and lower density of reverse currents.
Поставленная задача решается тем, что полупроводниковый приемник инфракрасного излучения включает полупроводниковую подложку AIIIBV с активной областью в форме диска с отверстием в центре на основе гетероструктуры, выполненной из твердых растворов AIIIBV, первый омический контакт и второй омический контакт. Первый омический контакт нанесен на поверхность активной области. Второй омический контакт нанесен на поверхность периферийной области полупроводниковой подложки, противолежащую поверхности с активной областью. Новым является выполнение в поверхности полупроводниковой подложки, свободной от второго омического контакта, по меньшей мере одного углубления.The problem is solved in that the semiconductor infrared detector includes an III – V semiconductor substrate with a disk shaped active region with a hole in the center based on a heterostructure made of III – V solid solutions, a first ohmic contact and a second ohmic contact. The first ohmic contact is applied to the surface of the active region. A second ohmic contact is applied to the surface of the peripheral region of the semiconductor substrate, the opposite surface with the active region. New is the implementation in the surface of the semiconductor substrate, free from the second ohmic contact, at least one recess.
Площадь лицевой поверхности подложки, через которую падающий свет проникает в кристалл, должна быть существенно больше площади активной области в форме диска с отверстием в центре на основе гетероструктуры, выполненной из твердых растворов AIIIBV.The surface area of the substrate through which incident light penetrates into the crystal should be significantly larger than the area of the active region in the form of a disk with a hole in the center based on a heterostructure made of III – V solid solutions.
Углубление может иметь любую округло-криволинейную поверхность (сферическую, эллиптическую, параболическую).The recess can have any round-curved surface (spherical, elliptical, parabolic).
Предпочтительно углубление может иметь глубину h, удовлетворяющую соотношению:Preferably, the recess may have a depth h satisfying the relationship:
λ<h<d, мкм,λ <h <d, μm,
где λ - длина волны падающего света с энергией, равной ширине запрещенной зоны активной области полупроводникового приемника инфракрасного излучения, мкм;where λ is the wavelength of the incident light with an energy equal to the band gap of the active region of the semiconductor infrared detector, microns;
d - толщина подложки, мкм.d is the thickness of the substrate, microns.
Предпочтительно углубления выполнять во всей поверхности полупроводниковой подложки, свободной от второго омического контакта. При этом углубления могут быть выполнены как вплотную друг к другу, так и отстоять друг от друга.Preferably, the recesses are made over the entire surface of the semiconductor substrate, free from the second ohmic contact. In this case, the recesses can be made both close to each other, and to stand apart from each other.
Было обнаружено, что настоящий полупроводниковый приемник, наряду с расширенным диапазоном спектральной чувствительности, обладает повышенной квантовой эффективностью в средней ИК-области спектра (2-5) мкм за счет дополнительного поглощения в активной области гетероструктуры фотонов, многократно переотраженнных от криволинейных поверхностей углублений в полупроводниковой подложке.It was found that this semiconductor receiver, along with an extended spectral sensitivity range, has increased quantum efficiency in the mid-IR region of the spectrum (2-5) microns due to the additional absorption in the active region of the heterostructure of photons repeatedly reflected from the curved surfaces of the recesses in the semiconductor substrate .
Расширение спектра чувствительности полупроводникового приемника для на основе узкозонных полупроводниковых соединений может быть достигнуто либо за счет тонких подложек, либо за счет использования сильно легированных подложек n-типа проводимости с вырождением электронов в зоне проводимости, в которых из-за эффекта Мосса-Бурштейна край поглощения сдвинут в коротковолновую область спектра (см. E.Burstein. - Phys.Rev., v.83, p.632, 1954). Настоящее изобретений поясняется чертежом, где:The expansion of the sensitivity spectrum of a semiconductor receiver based on narrow-gap semiconductor compounds can be achieved either through thin substrates or through the use of heavily doped n-type substrates with degeneration of electrons in the conduction band, in which the absorption edge is shifted due to the Moss-Burshtein effect into the short-wave region of the spectrum (see E. Burstein. - Phys. Rev., v. 83, p. 632, 1954). The present invention is illustrated in the drawing, where:
на фиг.1 показан вид сверху на полупроводниковый приемник-прототип;figure 1 shows a top view of a semiconductor receiver prototype;
на фиг.2 приведен поперечный разрез по А-А полупроводникового приемника-прототипа, показанного на фиг.1;figure 2 shows a cross section along aa of the semiconductor receiver of the prototype shown in figure 1;
на фиг.3 показан вид сверху на полупроводниковый приемник по настоящему изобретению;figure 3 shows a top view of the semiconductor receiver of the present invention;
на фиг.4 приведен поперечный разрез по Б-Б одного варианта воплощения полупроводникового приемника, показанного на фиг.3;FIG. 4 is a cross-sectional view along BB of one embodiment of the semiconductor receiver shown in FIG. 3;
на фиг.5 приведен поперечный разрез другого варианта воплощения полупроводникового приемника;5 is a cross-sectional view of another embodiment of a semiconductor receiver;
на фиг.6 показан вид снизу на другой вариант воплощения полупроводникового приемника по настоящему изобретению;6 is a bottom view of another embodiment of a semiconductor receiver of the present invention;
на фиг.7 приведен вид снизу на еще один вариант воплощения полупроводникового приемника по настоящему изобретению;7 is a bottom view of another embodiment of the semiconductor receiver of the present invention;
на фиг.8 приведены спектры фотоответа при температуре Т=300 К полупроводниковых приемников на основе InAs трех вариантов: 1 - полупроводниковый приемник-прототип (сплошной омический контакт на тыльной сторонеподложки); 2 - омический контакт расположен за пределами центральной области подложки диаметром 880 мкм; 3 - полупроводниковый приемник по настоящему изобретению (центральная область подложки диаметром 880 мкм заполнена вытравленными полусферами диаметром глубиной 60 мкм;Fig. 8 shows the photoresponse spectra at a temperature T = 300 K of InAs semiconductor receivers of three variants: 1 — prototype semiconductor receiver (continuous ohmic contact on the back of the substrate); 2 - ohmic contact is located outside the Central region of the substrate with a diameter of 880 microns; 3 - semiconductor receiver of the present invention (the central region of the substrate with a diameter of 880 μm is filled with etched hemispheres with a diameter of 60 μm in depth;
на фиг.9 приведены спектры фотоответа при температуре Т=300 К полупроводниковых приемников на основе GaSb трех вариантов: 4 - полупроводниковый приемник-прототип (сплошной омический контакт на тыльной стороне подложки); 5 - омический контакт расположен за пределами центральной области подложки диаметром 880 мкм; 6 - полупроводниковый приемник по настоящему изобретению (центральная область подложки диаметром 880 мкм заполнена вытравленными полусферами диаметром глубиной 60 мкм).figure 9 shows the spectra of the photoresponse at a temperature T = 300 K of GaSb-based semiconductor detectors of three options: 4 - prototype semiconductor receiver (continuous ohmic contact on the back of the substrate); 5 - ohmic contact is located outside the Central region of the substrate with a diameter of 880 microns; 6 - semiconductor receiver of the present invention (the Central region of the substrate with a diameter of 880 μm is filled with etched hemispheres with a diameter of 60 μm in depth).
Полупроводниковый приемник инфракрасного излучения по настоящему изобретению (см. фиг.3, фиг.4) включает подложку 1 AIIIBV, на которой выращена активная область 2 в форме диска с отверстием в центре на основе гетероструктуры, выполненной из твердых растворов AIIIBV. На поверхности 3 кольцевой активной области 2 в ее средней части сформирован первый омический контакт 4. В отличие от полупроводникового приемника-прототипа (см. фиг.1, фиг.2), в котором второй омический контакт 5 нанесен на всю поверхность 6 полупроводниковой подложки 1, противолежащую поверхности 3 кольцевой активной области 2, в полупроводниковом приемнике инфракрасного излучения по настоящему изобретению (см. фиг.3 - фиг.4) второй омический контакт 7 нанесен лишь на поверхность 6 в периферийной области 8 полупроводниковой подложки 1, а в поверхности 6 центральной области 9 полупроводниковой подложки 1, свободной от второго омического контакта 7, выполнено по меньшей мере одно углубление 10 (см. фиг.4). Наибольший эффект достигается, когда углубления 10 выполнены во всей поверхности 6 центральной области 9 полупроводниковой подложки 1, свободной от второго омического контакта (см. фиг.5). При этом углубления 10 могут быть выполнены как вплотную друг к другу (см. фиг.6), так и отстоять друг от друга (см. фиг.7). Углубления 10 могут быть одинакового или различного размера.The semiconductor infrared detector of the present invention (see FIG. 3, FIG. 4) includes an
Пример. 1. Изготовление полупроводникового приемника инфракрасного излучения по настоящему изобретению может быть проиллюстрировано на примере гетероструктуры, например, состава InAs/InAs0,94Sb0,06/InAsSbP/InAS0,88Sb0,12/InAsSbP. Гетероструктуру выращивали методом жидкофазной эпитаксии (ЖФЭ) на подложке толщиной 200 мкм n-InAs ориентации [100], легированной оловом до концентрации носителей 5×1018 см-3. В такой подложке (см. B.A.Matveev, M.Aydaraliev, N.V.Zotova, S.A.Karandashev, M.A.Remennyi, N.M.Stus, G.N.Talalakin. - Proc. SPIE, 4650, 173, 2002) происходит сдвиг фундаментального края поглощения в коротковолновую область спектра (сдвиг Мосса - Бурштейна), и она становится прозрачной для излучения с длиной волны больше 2,5 мкм, формируемого в активной области структуры. На подложке последовательно выращивали широкозонный эмиттерный слой InAsSbP толщиной 6,2 мкм, активный слой InAsSb0,12 толщиной 2,5 мкм, преднамеренно нелегированный (n~1×1015 см-3), и широкозонный эмиттерный слой из твердого раствора InAsSbP толщиной 1,4 мкм, легированный цинком до Р=2×1018 см-3. Для уменьшения деформации активной области между слоями и подложкой был выращен слой InAsSb0,06 толщиной 3,3 мкм. Широкозонный эмиттерный слой InAsSbP и слой InAsSb0.06 были получены N-типа за счет легирования Sn (оловом) до уровня 5×1017 см-3, при этом широкозонное "окно" P-InAsSbP легировали Mn (марганцем) до концентрации Р=(2-5)×1017 см-3. На выращенной структуре со стороны эпитаксиального слоя методом фотолитографии и травления были сформированы чипы в форме квадрата со стороной 950 мкм, на каждом из которых была сформирована активная область в форме диска с отверстем в центре. Внешний диаметр диска 770 мкм, диаметр отверстия 600 мкм и высота, отсчитываемая от верхнего эпитаксиального слоя, 18 мкм. За пределами диска с отверстием, т.е. внутри и снаружи, гетероструктура была стравлена до подложки. Площадь чувствительной площадки составила 0,1 мм2. Трехслойный первый омический контакт состава Cr/Au-Ge/Au, с внешним радиусом 350 мкм и шириной 15 мкм располагался в средней части диска с отверстием. Таким образом, только часть излучения, падающего на лицевую поверхность чипа, поглощалось дисковой структурой, а остальная часть излучения, падающая за пределами диска, свободно проникала в прозрачную для излучения подложку и достигала тыльной стороны чипа. После напыления многослойных контактов структура подвергалась термообработке в среде водорода для формирования первого и второго омических контактов. Затем чипы монтировались подложечной стороной на стандартный корпус для монтирования полупроводниковых чипов ТО-18 для проведения исследований электрических и фотоэлектрических характеристик при Т=300 К созданных полупроводниковых приемников инфракрасного излучения. Сопротивление Ro полупроводниковых приемников в нуле смещения измерялось в диапазоне (+10 мВ)÷(-10 мВ) и составляло для рассмотренных ниже приемников величину R0=5-30 Ом. Для изучения спектров чувствительности полупроводниковых приемников инфракрасного излучения использовался монохроматор SPM2 (Carl Zeiss). Измерения проводились по схеме синхронного детектирования с использованием прибора Stanford Research SR830.Example. 1. The manufacture of a semiconductor infrared detector of the present invention can be illustrated by the example of a heterostructure, for example, the composition InAs / InAs 0.94 Sb 0.06 / InAsSbP / InAS 0.88 Sb 0.12 / InAsSbP. The heterostructure was grown by liquid-phase epitaxy (LPE) on a substrate with a thickness of 200 μm n-InAs orientation [100] doped with tin to a carrier concentration of 5 × 10 18 cm -3 . In such a substrate (see BAMatveev, M. Aydaraliev, NVZotova, SAKarandashev, MARemennyi, NMStus, GNTalalakin. - Proc. SPIE, 4650, 173, 2002), the fundamental absorption edge shifts to the short-wavelength region of the spectrum (Moss - Burshtein shift), and it becomes transparent to radiation with a wavelength greater than 2.5 μm formed in the active region of the structure. On the substrate, a wide-gap InAsSbP emitter layer of 6.2 μm thick, an InAsSb active layer of 0.12 2.5 μm thick, intentionally undoped (n ~ 1 × 10 15 cm -3 ), and a wide-band InAsSbP solid-state emitter layer of
Из одной гетероструктуры методами контактной фотолитографии и жидкостного химического травления были созданы три варианта полупроводникового приемника инфракрасного излучения. Схема первого варианта (приемника-прототипа) приведена на фиг.1 - фиг.2. Схема полупроводникового приемника инфракрасного излучения по настоящему изобретению показана на фиг.3, фиг.5. Третий вариант отличался от приемника инфракрасного излучения по настоящему изобретению, показанного на фиг.3, фиг.5, отсутствием углублений с тыльной стороны подложки. Со стороны эпитаксиального слоя все три вида приемников были идентичны. У полупроводникового приемника-прототипа второй омический контакт к подложке n-InAs состоял из последовательно нанесенных методом термического вакуумного напыления слоев Cr/Au-Te/Au и полностью закрывал подложечную поверхность фотодиодного чипа площадью 950×950 мкм2. Это, так называемый, сплошной контакт, традиционно применяемый при изготовлении оптоэлектронных приборов. Рассмотрим, как распределяются световые потоки для каждого из трех типов полупроводниковых приемников инфракрасного излучения. Для первого варианта полупроводникового приемника инфракрасного излучения (прототипа) световой поток, проходящий через отверстие диска, падает на подложку с нанесенным снаружи вторым сплошным омическим контактом и, в основном, поглощается на границе раздела подложка - второй омический контакт в области эвтектики. (Это подтверждается характером спектров фотоответа на фиг.8, кривая 1.). Второй вариант полупроводникового приемника инфракрасного излучения отличался от первого тем, что второй омический контакт нанесен на поверхность периферийной области полупроводниковой подложки, в то время как центральная область подложки диаметром 880 мкм была свободна от металлизации. Во втором варианте приемника световой поток, проходящий через отверстие диска, падает на поверхность подложки, свободную от второго омического контакта. В этом случае часть излучения в большей степени отражается от неметаллизированной центральной области подложки и частично поглощается активной областью в форме диска с отверстием в центре, давая вклад в увеличение фототока приемника (см. фиг.8, кривая 2). Однако в этом случае световые потоки не могут изменять угол падения и отражения от поверхности подложки. Третий вариант полупроводникового приемника инфракрасного излучения (по настоящему изобретению) отличался от двух предыдущих вариантов тем, что в поверхности центральной области полупроводниковой подложки, свободной от второго омического контакта, были выполнены углубления в виде полусфер глубиной 60 мкм, выполненные методом жидкостного химического травления. В третьем варианте полупроводникового приемника инфракрасного излучения световой поток, проходящий через отверстие диска, падает на поверхность подложки, в которой выполнены углубления. Отражаясь от криволинейной неметаллизированной поверхности подложки, образованной углублениями, световые потоки после многократного отражения изменяют свои направления в подложке и, в основном, либо поглощаются в активной области диска, либо выходят за пределы подложки (см. фиг.8, кривая 3).From one heterostructure using contact photolithography and liquid chemical etching, three versions of a semiconductor infrared detector were created. The scheme of the first option (receiver-prototype) is shown in figure 1 - figure 2. The circuit of the semiconductor infrared receiver of the present invention is shown in figure 3, figure 5. The third option was different from the infrared receiver of the present invention, shown in figure 3, figure 5, the absence of recesses on the back of the substrate. On the epitaxial layer side, all three types of receivers were identical. In the semiconductor prototype receiver, the second ohmic contact to the n-InAs substrate consisted of Cr / Au-Te / Au layers successively deposited by thermal vacuum spraying and completely covered the substrate surface of the 950 × 950 μm 2 photodiode chip. This is the so-called continuous contact, traditionally used in the manufacture of optoelectronic devices. Consider how the light fluxes are distributed for each of the three types of semiconductor infrared detectors. For the first version of the semiconductor infrared detector (prototype), the light flux passing through the hole of the disk falls on the substrate with the second solid ohmic contact deposited externally and is mainly absorbed at the substrate - second ohmic contact interface in the eutectic region. (This is confirmed by the nature of the photoresponse spectra in Fig. 8,
В случае одного углубления (при тех же размерах) чувствительность возрастает в 1,05 раз.In the case of one recess (with the same dimensions), the sensitivity increases by 1.05 times.
Пример 2. Изготовление полупроводникового приемника инфракрасного излучения по настоящему изобретению может быть также проиллюстрировано на примере гетероструктуры, например, состава GaSb/Ga1-xInxASySb1-y/Ga1-xAlxASySb1-y. Гетероструктуру выращивали методом жидкофазной эпитаксии (ЖФЭ) на подложке толщиной 200 мкм n-GaSb ориентации [100], легированной теллуром до концентрации носителей ~(1-5)·1017 см-3. Изготовление чипов и измерения проводились аналогично тем, что описаны выше для InAs. Исследовались фотодиоды с диапазоном спектральной чувствительности 1,5-2,5 мкм. Спектры фотоответа приведены на фиг.9.Example 2. The manufacture of a semiconductor infrared detector of the present invention can also be illustrated by the example of a heterostructure, for example, the composition of GaSb / Ga 1-x In x AS y Sb 1-y / Ga 1-x Al x AS y Sb 1-y . The heterostructure was grown by liquid phase epitaxy (LPE) on a substrate with a thickness of 200 μm n-GaSb orientation [100], doped with tellurium to a carrier concentration of ~ (1-5) · 10 17 cm -3 . Chip fabrication and measurements were carried out similarly to those described above for InAs. We studied photodiodes with a spectral sensitivity range of 1.5–2.5 μm. The response spectra are shown in Fig.9.
Проведенные измерения показали, что выполнение углублений в поверхности центральной области полупроводниковой подложки позволяет перераспределить потоки излучения в структуре и увеличить эффективную площадь сбора излучения. Об этом свидетельствуют результаты измерения фотоответа исследованных полупроводниковых приемников инфракрасного излучения. Чувствительность возрастает в 1,3-1,7 раз по сравнению с полупроводниковым приемником-прототипом. Соответственно возрастает квантовая эффективность преобразования излучения в фототек, которая проявляется в увеличении фотосигнала от фотодиода при освещении фотодиода светом данного спектрального диапазона.The measurements showed that the implementation of the recesses in the surface of the Central region of the semiconductor substrate allows you to redistribute the radiation fluxes in the structure and increase the effective area for the collection of radiation. This is evidenced by the results of measuring the photoresponse of the investigated semiconductor infrared radiation detectors. The sensitivity increases by 1.3-1.7 times in comparison with the semiconductor receiver prototype. Correspondingly, the quantum efficiency of the conversion of radiation into a photo library increases, which manifests itself in an increase in the photo signal from the photodiode when the photodiode is illuminated with light of this spectral range.
Claims (6)
λ<h<d, мкм,
где λ - длина волны падающего света с энергией, равной ширине запрещенной зоны активной области полупроводникового приемника инфракрасного излучения, мкм;
d - толщина подложки, мкм. 6. The semiconductor receiver according to claim 1, characterized in that the recess is made with a depth h satisfying the ratio:
λ <h <d, μm,
where λ is the wavelength of the incident light with an energy equal to the band gap of the active region of the semiconductor infrared radiation receiver, μm;
d is the thickness of the substrate, microns.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012101130/28A RU2488916C1 (en) | 2012-01-11 | 2012-01-11 | Semiconductor infrared detector |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012101130/28A RU2488916C1 (en) | 2012-01-11 | 2012-01-11 | Semiconductor infrared detector |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012101130A RU2012101130A (en) | 2013-07-20 |
RU2488916C1 true RU2488916C1 (en) | 2013-07-27 |
Family
ID=48791653
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012101130/28A RU2488916C1 (en) | 2012-01-11 | 2012-01-11 | Semiconductor infrared detector |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2488916C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9864138B2 (en) | 2015-01-05 | 2018-01-09 | The Research Foundation For The State University Of New York | Integrated photonics including germanium |
RU195799U1 (en) * | 2019-08-27 | 2020-02-05 | Общество с ограниченной ответственностью "АИБИ" | SEMICONDUCTOR INFRARED RADIATION RECEIVER |
RU199226U1 (en) * | 2019-11-19 | 2020-08-24 | Общество с ограниченной ответственностью "ИоффеЛЕД" | TWO-SPECTRAL PHOTODIODE FOR MEDIUM WAVE INFRARED RADIATION |
RU203297U1 (en) * | 2020-07-07 | 2021-03-31 | Общество с ограниченной ответственностью "ИоффеЛЕД" | TWO WAVE PHOTODIODE FOR MEDIUM WAVE INFRARED RADIATION |
-
2012
- 2012-01-11 RU RU2012101130/28A patent/RU2488916C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Старостенко Д.А. и др. Фотодиоды с расширенным спектральным диапазоном 1,5-4,8 мкм на основе гетероструктур InAs/InAs 0,88 b 0,12 /InAsSbP, работающие при комнатной температуре. Письма в ЖТФ, том 37, вып. 19, с.95-103, 12.10.2011. * |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US9864138B2 (en) | 2015-01-05 | 2018-01-09 | The Research Foundation For The State University Of New York | Integrated photonics including germanium |
US10295745B2 (en) | 2015-01-05 | 2019-05-21 | The Research Foundation For The State University Of New York | Integrated photonics including germanium |
US10571631B2 (en) | 2015-01-05 | 2020-02-25 | The Research Foundation For The State University Of New York | Integrated photonics including waveguiding material |
US10830952B2 (en) | 2015-01-05 | 2020-11-10 | The Research Foundation For The State University Of New York | Integrated photonics including germanium |
US11703643B2 (en) | 2015-01-05 | 2023-07-18 | The Research Foundation For The State University Of New York | Integrated photonics including waveguiding material |
RU195799U1 (en) * | 2019-08-27 | 2020-02-05 | Общество с ограниченной ответственностью "АИБИ" | SEMICONDUCTOR INFRARED RADIATION RECEIVER |
RU199226U1 (en) * | 2019-11-19 | 2020-08-24 | Общество с ограниченной ответственностью "ИоффеЛЕД" | TWO-SPECTRAL PHOTODIODE FOR MEDIUM WAVE INFRARED RADIATION |
RU203297U1 (en) * | 2020-07-07 | 2021-03-31 | Общество с ограниченной ответственностью "ИоффеЛЕД" | TWO WAVE PHOTODIODE FOR MEDIUM WAVE INFRARED RADIATION |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012101130A (en) | 2013-07-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7732777B2 (en) | Plasmon energy converter | |
US8750653B1 (en) | Infrared nanoantenna apparatus and method for the manufacture thereof | |
US5721429A (en) | Self-focusing detector pixel structure having improved sensitivity | |
KR20180008327A (en) | A dual band photodetector and a method thereof | |
JP5444994B2 (en) | Semiconductor photo detector | |
US9929291B2 (en) | Photo-detector having plasmonic resonance and photon crystal thermal noise suppression | |
US20140071525A1 (en) | Optical filter | |
US8618622B2 (en) | Photodetector optimized by metal texturing provided on the rear surface | |
CN110870070A (en) | High Speed Light Sensing Device II | |
US11437531B2 (en) | Photodetector | |
JP6918631B2 (en) | Photodetector | |
EP3381057B1 (en) | Photodetection device having a coating comprising trenches with a wide bandgap coating and production method | |
JP7024976B2 (en) | Light receiving element and near infrared photodetector | |
RU2488916C1 (en) | Semiconductor infrared detector | |
JP4856031B2 (en) | Avalanche photodiode | |
US10128386B2 (en) | Semiconductor structure comprising an absorbing area placed in a focusing cavity | |
JP5785698B2 (en) | Light detection element | |
EP1204148A2 (en) | Planar resonant cavity enhanced photodetector | |
Piotrowski et al. | Stacked multijunction photodetectors of long-wavelength radiation | |
JP4985298B2 (en) | Avalanche photodiode | |
US20160111460A1 (en) | Back-lit photodetector | |
JP7061753B2 (en) | Light receiving element and near infrared photodetector | |
US11251209B1 (en) | Reduced volume dual-band MWIR detector | |
EP2382672B1 (en) | Method of making a photodiode and corresponding photodiode and electromagnetic radiation detector | |
GB2206447A (en) | Lensed photodetector |