Фотодиод Советский патент 1987 года по МПК H01L31/06 

Изобретение относится к фотодиодам высокой чувствительности для обнаружения или измерения интенсивности преимущественно монохроматического электрического излучения высоких час- тот повторения импульса, например для применения в области передачи информации световым методом.

Известен фотодиод для обнаружения и/или для измерения интенсивности 10 электромагнитного излучения, состоящий из полупроводника с одним запирающим слоем, представляющим собой область, вьтолненную в виде р-п-пе- рехода, p-i-n-перехода Шоттки, элект- 5 рическое поле которой служит для разделения свободных пар носителей заряда, созданных проникающими фотонами (Spear W.S., et all. Araorpheres Silicon p-n-juilction. - Appl, Phys, . Left, 1976, 28, p. 105).

фотодиод, вьтолненный в слое аморфного кремния, легированного водородом, содержащего р-п-переход и размещенного на подложке, между подложкой и слоем аморфного кремния дополнительно введещ слои из непоглощающих материалов с попеременно высоким и низким показателями преломления п, а толщину d слоя аморфного кремния выбирают из соотношения

,„ 5 4п

20

Однако, если поле запирающего слоя находится непосредственно за поверхностью падения, т.е. внутри пробега фотонов с более высокой энергией, при известных фотодиодных устройствах фотоны с более низкой энергией, имеющие относительно большие

25

где у - длина волны электромагнитного излучения; m - целое число вблизи значения

27Г/К; п - показатель преломления слоя

аморфного кремния; К - коэффициент поглощения полупроводникового материала. Кроме того, непоглощающий слой, прилегающий к слою аморфного кремния, при четном m имеет низкий показатель преломления, а при нечетном - высокий.

Непоглощающий слой, прилегающий к полупроводнику, состоит из электрически проводящего материала, прозрачного для получения с длиной

глубины проникновения или более длин- зо „л ,, л

волны /I.

новолновое излучение, используются для фотоэффекта только в незначительной мере потому, что поглощение осуществляется в области полупроводника, которая гораздо больше обедненной зоны.

Известен фотодийд, выполненный в слое аморфного кремния, легированного водородом, содержащего р-п-переход и размещенного на подложке (Wili- 40 ans R. et all. Carrier Generation, Recombination and Transport in Amorp- hores. Solar Cell s. - RCA. Review, 1979, 40, p. 371).

Недостатки этого технического ре- 45 шения также сводятся к большим потерям из-за неполного поглощения в области запирающего слоя.

Целью изобретения является устранение потерь на преобразование энергии излучения, встречающихся в фотодиодах вследствие неполного поглощения в области запирающего слоя при заданной длине волны, и обычно высо55

ких при полупроводниках потерь на отражение при падении излучения и повышение чувствительности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем

На чертеже показан предлагаемый фотодиод.

Пример. Фотодиод сформиро- j ван на основе а юрфного кремниевого перехода, созданного по одной из известных технологий изготовления, причем запирающий слой известным способом образуется p-i-n-структурой, состоящей из области проводимости р-типа с высокой степенью легирования, области 2 собственной проводимости полупроводника высокой чистоты и легированной области 3 проводимости п-типа. Обнаруживаемое или измеряемое излучение 4 (длина волны 0,920 мкм) перпендикулярно падает на границы p-i-n-перехода. Наружные контакты (не показаны), на которые приложено запирающее напряжение диода, выполнены известным способом. Расположенная за полупроводником последовательность интерференционных слоев состоит из четырех пар слоев, причем элементарные слои 5 и 6 с оптическими толшинами слоя Л/4 имеют попеременно соответственно низкие показатели преломления (.) и высокие показатели преломления (,4).

50

фотодиод, вьтолненный в слое аморфного кремния, легированного водородом, содержащего р-п-переход и размещенного на подложке, между подложкой и слоем аморфного кремния дополнительно введещ слои из непоглощающих материалов с попеременно высоким и низким показателями преломления п, а толщину d слоя аморфного кремния выбирают из соотношения

,„ 5 4п

На чертеже показан предлагаемый фотодиод.

Пример. Фотодиод сформиро- ван на основе а юрфного кремниевого перехода, созданного по одной из известных технологий изготовления, причем запирающий слой известным способом образуется p-i-n-структурой, состоящей из области проводимости р-типа с высокой степенью легирования, области 2 собственной проводимости полупроводника высокой чистоты и легированной области 3 проводимости п-типа. Обнаруживаемое или измеряемое излучение 4 (длина волны 0,920 мкм) перпендикулярно падает на границы p-i-n-перехода. Наружные контакты (не показаны), на которые приложено запирающее напряжение диода, выполнены известным способом. Расположенная за полупроводником последовательность интерференционных слоев состоит из четырех пар слоев, причем элементарные слои 5 и 6 с оптическими толшинами слоя Л/4 имеют попеременно соответственно низкие показатели преломления (.) и высокие показатели преломления (,4).

только nepBbtfi интерференционный слой 7, непосредственно прилегающий к полупроводнику, состоящий из смеси окиси индия и окиси олова (служаищй в качестве заднего электрода), имеет показатель преломления приблизительно I,8. Вся система находится на стабильной подложке 8, состоящей, например, из стекла с показателями преломления 1.5, Показатель преломления и коэффициент поглощения кремниевого перехода npij длине волны 0,920 мкм составляют ,80 и ,0 Соответственно этому для значения m из mRrV fk 63,66 получается целочисленное значение , толщина полупроводника n-d ni/J/4 64 /1/4 или d m/l/4п 3,874 мкм. Толщина области проводимости р-типа приблизительно 0,1-1 мкм.

Так как непосредственное получение оптимальной толщины полупроводника из-за возможных незначительных отклонений показателя преломления и коэффициента поглощения сложно, то во время нанесения слоя известным способом при длине волны 0,920 мкм измеряется коэффициент отражения, имеющий максимумы и минимумы с возрастающей толщиной слоя, Процесс на- несения слоя прекращается, если достигнут самый низкий минимум отражения. Если для описанного фотодиодного устройства коэффициент пропускания t 2%, коэффициент отражения PiО,0001% для подающего излучения с

длиной волны 0,920 мкм, следовательно, в фотодиоде поглощается приблизительно 98% падающего излучения, причем область поглощения в соответстви с геометрической структурой только немного больше, чем обедненная зона.

O

5

0

0

5

5

вследствие чего поглощаются все падающие фотоны. Обедненная зона, реализованная в устройстве, имеет размет ры, необходимые для обработки высокочастотных импульсов, Форм ула изобретения

1, Фотодиод, выполненный в слое , аморфного кремния, легированного водородом, содержащего р-п-переход и размещенного на подложке, отличающийся тем, что между подложкой и слоем аморфного кремния дополнительно введены слои из непоглощающих материалов с попеременно высоким и низким показателями преломления п, а толщину слоя аморфного кремния d выбирают из соотношения

;- 4п

где / - длина волны электромагнитного излучення; m - целое число вблизи значения

27Г/К; п - показатель преломления слоя

аморфного кремния; К - коэффициент поглощения полупроводникового материала.

2,Фотодиод по п. 1, о т л и - чающийся - тем, что непоглощающий слой, прилегающий к слбю аморфного кремния при га четном, имеет низкий показатель преломления, а при нечетном m - высокий.

3,Фотодиод по пп. I и 2, отличающийся тем, что, непоглощающий слой, прилегающий к полупроводнику, состоит из электрически проводящего материала, прозрачного для получения с длиной волны Д ,

Признано изобретением по результатам экспертизы, осуществленной Ведомством по изобретательству ГДР,

Составитель В, Манагаров Редактор О. Головач Техред Л.Олейник Корректор А. Ильин

- - ..- .- - -..-. - -.- - - - .- - - I-I.4I41.JJ-.. ц .т II .

Заказ 279/53 Тираж 699 , Подписное ВНИШИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

8

Изобретение относится к опто- электроникё и может быть использовано для обнаружения и/или для измерения интенсивности преимущественно монохроматического электромагнитного излучения высоких частот повторения импульсов, например для применения в области передачи информации световым методом, и касается, в частности полупроводниковых диодов с минимально одним запирающим слоем в виде р-п- или p-i - п-перехода. Целью изобретения является устранение потерь на преобразование энергии излучения, встречаю1цихся в фотодиодах вследствие неполного поглощения в области запирающего слоя при заданной длине волны, и одновременно потерь на отражение. Это в основном осуществляется путем расчета оптической толщины слоя полупроводника и путем расположения за полупроводником последовательности интерференционных слоев. 2 3.п. ф-лы, 1 ил. g (Л IND ) to СП