СПОСОБ МОДИФИКАЦИИ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ТЕЛЛУРИДА КАДМИЯ РТУТИ Российский патент 1995 года по МПК H01L21/265 

Изобретение относится к полупроводниковой технике, в частности к фотоэлектронике.

Известны различные способы, позволяющие изменить свойства поверхностных слоев теллурида кадмия ртути (Cd_xHG_1-xTe), связанные с созданием варизонных структур путем жидкофазной эпитаксии, химического осаждения из металлоорганики и молекулярной эпитаксии [1,2,3,4] Эти способы требуют сложного дорогостоящего технологического оборудования, а также специальной обработки технологических режимов. В настоящее время, они используются лишь для выращивания однородных по площади эпитаксиальных пленок заданного состава.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является способ отжига твердых растворов КРТ в вакууме и парах ртути [1] В этом случае изменение свойства приповерхностных слоев происходит за счет обеднения или обогащения ртутью.

Однако в данном способе в приповерхностных слоях происходит слабо контролируемое изменение уровня легирования. Кроме того, не решена проблема локального на поверхности изменения свойств поверхностного слоя КРТ.

Необходимость развития способов изменения свойств поверхностных слоев КРТ для фотоэлектроники связана, в первую очередь, с возможностью управления порогом фоточувствительности фотоприемников, формируемых в этих слоях.

Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности управления порогом фоточувствительности фотоприемников, что позволяет создать многоцветные многоэлементные фотоприемники, а также монолитные однокристальные фотоприемники дальнего ИК-излучения, не требующие сложной гибридной технологии.

Технический результат достигается облучением поверхности Cd_xHg_1-xTe ионами, энергия и доза которых зависят от необходимого порога фоточувствительности фотоприемника.

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "Новизна".

Заявляемое техническое решение имеет изобретательский уровень, так как явным образом не следует из уровня техники.

На фиг. 1 представлены профили концентрации свободных носителей (кривые 1-6) и подвижности электронов (кривые 1а, 3а, 5а) в КРТ при 77 К после облучения ионами бора дозой 1^.10¹³ см^-2; на фиг.2 профили концентрации (кривые 7-11) и подвижностей электронов (кривые 7а, 9а, 10а) в КРТ при 77 К после облучения ионами бора с энергией 150 кэВ; на фиг.3 спектральные кривые фотодиодов при 12 К, полученные облучением ионами бора.

Предлагаемый способ модификации поверхностного слоя КРТ включает в себя следующие последовательно выполняемые операции: химико-динамическую полировку рабочей поверхности КРТ, облучение ионами локальных участков поверхности КРТ, удаление поверхностно-нарушенного слоя, затем проводят стандартные технологические операции по созданию фотоприемника.

Первая операция служит для удаления механических поврежденных слоев. Вторая операция модифицирует поверхностный слой так, что фотоактивное поглощение света становится возможным при энергиях, меньших ширины запрещенной зоны в объеме КРТ. Такая модификация связана с диффузией из области облучения радиационных дефектов, возможно, междоузельной диффузии ртути [6] Глубина модифицированного слоя должна быть> 1 мкм, чтобы формируемые на поверхности фотоприемники имели сдвиг порога фоточувствительности в длинноволновую сторону. Величина сдвига порога и глубина модифицированного слоя тем больше, чем больше энергия ионов и доза облучения.

Для получения работоспособности модифицированных слоев для КРТ с обычным уровнем легирования 10¹⁵-10¹⁶ см^-3 достаточно облучение проводить ионами с энергией 15-200 кэВ и дозой 10¹³-10¹⁶ см^-3. Уменьшение энергии ионов ниже 15 кэВ технически трудно реализовать, а понижение дозы облучения < 10¹³ см^-3 уменьшает сдвиг порога до экспериментально не наблюдаемых значений. Увеличение энергии ионов и дозы облучения выше указанных значений вызывает более быстрый рост толщины нарушенного слоя, чем модифицированного, приводя тем самым к падению фотоответа. Локальность облучения поверхности КРТ достигается стандартными технологическими приемами используемыми при ионном легировании (например, маскированием или фокусировкой ионного пучка [7]). Третья операция по удалению нарушенного слоя необходима для достижения хороших электрофизических параметров фотоприемников. Толщина удаляемого поверхностного слоя (d) не меньше глубины проникновения ионов (R_p).

Наконец, использование обычных операций планарной или мезатехнологии, развитой для КРТ, [5] позволяет создать многоэлементный фотоприемник. При этом расположение фотоэлементов в области с модифицированным поверхностным слоем, а систем обработки инфоpмации в широкозонной части пластины позволяет для фотоприемников дальнего ИК-диапазона отказаться от кремниевых коммутаторов, а следовательно, от использования гибридной технологии. Это связано с тем, что для узкозонного ( < 0,1 эВ) КРТ еще не разработано работающих активных планарных элементов.

Рассмотрим конкретный пример применения данного способа для случая ИК-фотоприемников, создаваемых на основе фотодиодов из КРТ p-типа с х ≈ 0,21, концентрацией электрически активных центров NA≈ 6^.10¹⁵ см^-3 путем облучения поверхности ионами бора. Этот случай наиболее оптимален, так как не требует дополнительных технологических операций. Фотодиоды создаются в момент облучения ионами. На фиг.1 кривые 1,2,3,4,5 и 6 соответствуют энергиям ионов 15, 30, 60, 90, 120 и 150 кэВ, кривые 1а, 3а, 5а соответственно энергиям 15, 60, 120 кэВ. На фиг.2 кривые 7,8,9,10 и 11 соответствуют дозам облучения 1^.10¹¹, 1^.10¹², 1^.10¹³, 1^.10¹⁴ и 1^.10¹⁵ см^-2, а кривые 7а, 9а, 10а 1^.10¹¹, 1^.10¹³, 1^.10¹⁴ см^-2. Профили получены послойным стравливанием из холловских измерений при 77 К. На фиг.1 и 2 стрелками R_p1, R_p2,R_p6 и R_p отмечены глубины проникновения ионов в КРТ при энергиях соответственно 15, 30, 60, 90, 120, 130, 150 кэВ. Данные, приведенные на фиг.1 и фиг.2, получены для разных образцов, имеющих соответственно подвижность дырок при температуре 77 К 700 и 600 см²/В.с.

Полученные таким способом p-n-переходы пригодны для использования в фотоприемниках. Причем наличие широкого ( > 1 мкм) i-слоя между n- и p-областями позволяет понизить внутренне поле, а следовательно, и межзонный туннельный ток. Для фотодиодов дальнего ИК-диапазона ( > 10 мкм) именно этот ток является ограничивающим фактором для повышения обнаружительной способности. В связи с этим удаление нарушенного поверхностного слоя достаточно проводить так, чтобы концентрация n на поверхности оставалась на уровне 10¹⁵-10¹⁶ см^-3. В этом случае удаляемый слой больше или порядка R_p и подвижность электронов ( μ_n) практически выходит на максимальные объемные значения. При полном удалении n-слоя, когда μ_n выходит на насыщение, фотоприемник может быть создан как на основе фотосопротивления, так и на основе фотодиода. В последнем случае можно вновь на поверхности создать n-слой одним из известных способов.

На фиг.3 для температуры 12 К приведены спектральные кривые фотодиодов, полученные облучением ионами бора различной энергии и дозы. Кривые 12 и 13 получены при энергии ионов 150 кэВ и соответственно при дозах 1^.10¹³ и 1^.10¹⁵ см^-2, кривые 14 и 15 при энергии 15 кэВ и соответственно при дозах 1^.10¹⁵ и 1^.10¹³ см^-2. Видно, что с увеличением энергии и дозы облучения порог фотоответа сдвигается в длинноволновую сторону от ≈ 13 до ≈17 мкм. Нижнее значение порога не меняется с уменьшением дозы и является характерным для КРТ выбранного состава. Верхнее значение не предельно по отношению к дозе и энергии ионов. Однако дальнейшее повышение дозы и энергии ионов нецелесообразно из-за возникающего падения величины фотоответа.

Использование: в технологии изготовления фотоприборов. Сущность изобретения: по способу модификации поверхностного слоя теллурида кадмия ртути модификацию поверхности теллурида кадмия ртути проводят путем облучения локальных участков поверхности ионами с энергией 15 - 200 кэВ дозой 10¹³-10¹⁶ см^-2 , а после облучения проводят удаление поверхностного слоя на глубину не менее проецированного пробега ионов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. СПОСОБ МОДИФИКАЦИИ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ТЕЛЛУРИДА КАДМИЯ РТУТИ, включающий изменение пороговой длины волны фотопроводимости, отличающийся тем, что изменение пороговой длины волны фотопроводимости в поверхностном слое осуществляют путем облучения локальных участков поверхности ионами с энергией 15-200 кэВ дозой 10¹³-10¹⁶ см^-2. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после облучения удаляют поверхностный слой на глубину, не менее проецированного пробега ионов.