СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОТОПРИЕМНИКОВ НА ОСНОВЕ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ p-i-n СТРУКТУР GaN/ AlGaN Российский патент 2014 года по МПК H01L31/18 

Изобретение относится к технологии фотодиодов на основе эпитаксиальных p-i-n структур GaN/AlGaN, преобразующих излучение ультрафиолетовой области спектра.

Матрицы фотодиодов на основе эпитаксиальных p-i-n структур GaN/AlGaN изготавливают по полупроводниковой технологии, включающей фотолитографию с использованием специально разработанных масок, ионного травления для выделения меза n-i-p переходов, пассивации поверхности и металлизации, обеспечивающей омические контакты к слоям n и p. Применение ионного травления при формировании меза структуры обусловлено химической устойчивостью соединений GaN и Al_xGa_1-xN к жидкостному химическому травлению.

Известен способ изготовления многоэлементного фотоприемника на основе Al_xGa_1-xN [Solar-blind AlGaN 256×256 p-i-n detectors and focal plane arrays. M.B. Reine, A. Hairston, P. Lamarre, K.K. Wong, S.P. Tobin, A.K. Sood and C. Cooke. SPIE Vol.6119 611901-3], по меза-технологии. Матрицы фотодиодов 256×256 элементов с размером пикселя 25×25-мкм² и шагом между фотодиодами 30 мкм формируют ионным травлением эпитаксиальной структуры GaN/Al_xGa_1-xN с p-i-n переходом до слоя n+ -AlGaN (Фиг.1).

Однако известно, что при бомбардировке обрабатываемой поверхности ионами с энергией, значительно превышающей порог распыления (5-15 эВ), возможно образование радиационных и стехиометрических дефектов, изменение ее морфологии и шероховатости. Последствия ионной бомбардировки в процессе травления меза-структуры катастрофически отражаются на поверхности нелегированной i-области, разделяющей p и n слои. Образование выше перечисленных дефектов создает шунтирующие периметр i-области каналы проводимости, сопротивление которых на порядки меньше дифференциального сопротивления объемной части p-i-n диода, что приводит к увеличению темновых токов отдельных фотодиодов и соответственному ухудшению пороговой чувствительности фотоприемной матрицы.

В ближайшем аналоге предлагаемого изобретения [Low-damage wet chemical etching for GaN-based visible-blend p-i-n detector. CHEN Jie, XU Jintong, WANG Ling and other. SPIE Vol.6621 62211D-1] для уменьшения темновых токов фотодиодов, изготовленных ионным травлением, используется жидкостная обработка поверхности в растворе 20% щелочи КОН. Такая обработка поверхности p-i-n фотодиодов позволила авторам уменьшить токи утечки на порядок.

Задачей настоящего изобретения является уменьшение темновых токов многоэлементного фотоприемника на основе эпитаксиальных структур GaN/Al_xGa_1-xN с p-i-n переходом, изготовленного по меза-технологии ионным травлением до слоя n+ -AlGaN.

Технический результат предлагаемого изобретения достигается тем, что в способе изготовления многоэлементного фотоприемника на основе эпитаксиальных p-i-n структур GaN/Al_xGa_1-xN, изготовленного по меза-технологии ионным травлением до слоя n+ -AlGaN поверхность меза p-i-n диодов подвергается тепловой обработке при температуре 450-550°C продолжительностью 90-200 сек для «залечивания» радиационных и стехиометрических дефектов, образовавшихся на периметре p-i-n диодов под действием ионного пучка или иных неопределенных нарушений поверхности, возникших на технологических операциях изготовления меза-структуры, приводящих к шунтированию периметра i-области.

Далее выполняют стандартные процессы: наносят пленку нитрида кремния, вскрывают окна в нитриде кремния, изготавливают контакты к n и p областям.

На фиг.2 представлены типичные вольтамперные характеристики тестовых фотодиодов на основе эпитаксиальных p-i-n структур p-GaN/p-i Al_0.45Ga_0.55N n+ -Al_0.61Ga_0.39N, изготовленных по меза-технологии ионным травлением до слоя n+ -AlGaN в нормальных условиях (комнатная температура, дневное освещение). Размер фоточувствительной области 40×40 мкм².

Из фиг.1 видно, что после травления в КОН поверхности меза- структуры, изготовленной ионным травлением, измеренные при напряжении смещения -0.1 В значения темновых токов тестовых диодов уменьшаются на порядок. Тогда как после термообработки уменьшение темнового тока более чем на два порядка наблюдается в широком диапазоне напряжений.

Изобретение относится к технологии фотодиодов на основе эпитаксиальных p-i-n структур GaN/AlGaN, преобразующих излучение ультрафиолетовой области спектра. Согласно изобретению предложен способ изготовления многоэлементного фотоприемника на основе эпитаксиальных p-i-n структур GaN/Al_xGa_1-xN. Изготовление осуществляют по меза-технологии ионным травлением до слоя n+ -AlGaN, затем поверхность меза p-i-n диодов подвергается тепловой обработке при температуре 450-550°C продолжительностью 90-200 сек для «залечивания» радиационных и стехиометрических дефектов, образовавшихся на периметре p-i-n диодов под действием ионного пучка или иных нарушений поверхности, возникших на технологических операциях изготовления меза-структуры. Изобретение обеспечивает уменьшение темновых токов многоэлементного фотоприемника. 2 ил.

Способ изготовления многоэлементных фотоприемников на основе эпитаксиальных p-i-n структур GaN/AlGaN, состоящий в том, что единичные p-i-n фотодиоды в матрицах фотодиодов формируют ионным травлением эпитаксиальных структур с p-i-n переходом до слоя n+ -AlGaN, отличающийся тем, что восстановление поверхности, нарушенной ионной бомбардировкой, осуществляется термическим отжигом при температуре 550÷600°C и остаточном давлении 10^-1÷10^-2 Па.