Поверхностно-барьерный фотоприемник Советский патент 1993 года по МПК H01L31/108 

Изобретение относится к полупроводниковой электронике, а именно к структурам для производства фотоприемников ИК-диапазона.

Цель изобретения - уменьшение последовательного сопротивления и обратного темнового тока через рабочий р-п-переход.

Введение дополнительного слоя р+-ти- па проводимости позволяет снизить диффузионную доставляющую, обратного темнового тока через рабочий р-п-переход.

Так как дополнительный слой является сильно легированным, то это обеспечивает значительное превышение вероятности тун-, нелирования электронов через потенциальный барьер в p-n-переходе, образованном подложкой п+-типа проводимости и дополнительным р+-слоем, над вероятностью над- барьерной инжекции электронов. В результате, с одной стороны, существенно уменьшается последовательное сопротивление фотоприемника, поскольку сопротивление области пространственного заряда р+-п+-перехода туннельному току в десятки раз ниже, чем инжекционному (диффузионному) току, с другой сторрн.ы, так как доля

инжекционного тока в полном токе через р+-п+-переход значительно снижается, то и вклад инжекционного тока в обратный ток рабочего p-n-перехрда уменьшается, а значит, уменьшается обратный темновой ток через рабочий р-п-переход. При толщине дополнительного слоя менее 0,1 мкм высота потенциального барьера в р -п -переходе понижается, а ширина барьера повышается, что приводит к увеличению вероятности инжекции и снижению вероятности тун нелирования электронов, а следовательно, к увеличению обратного темнового тока через рабочий р-п-переход и последовательного сопротивления фотоприемника.

Увеличивать толщину дополнительного слоя более 1 мкм нецелесообразно, так как дальнейшего уменьшения последовательного сопротивления и обратного темнового тока не наблюдается, а регистрируемое излучение при освещении со стороны подложки не будет доходить до рабочего р-п-перехо- да, и структура будет неработоспособна.

Известна структура для фотоприемника, содержащая высоколегированную подложку р -типа со слоями р- и n-типа проводимости.

&

00

Е ч

со

ю

i Сличив подложки р+-типэ на расстоянии от рп перехода меньшее диффузионной длины неосновных носителей снижает диффузионную составляющую обратного темнового тока. Однако данная структурна, вследствие полного поглощения излучения в р -подложке, неработоспособна в фото- приемниках, освещаемых со стороны подложки . а введение в заявляемой структуре дополнительного р+-слоя толщиной 0,1-1 мкм обеспечивает уменьшение обратного темнового тока и работоспособность структуры при освещении как со стороны слоя, так и со стороны подложки.

На фиг.1а схематически изображено сечение предлагаемой структуры для фотоприемника ИК:излучения; на фиг.16 - зонная диаграмма заявляемой структуры в отсутствие смешения, где Ер-уровень Ферми, Ее - дно зоны проводимости, EV - потолок валентной зоны.

Структура содержит подложку 1 из узкозонного полупроводникового материала п -типа проводимости, на которую последовательно нанесены дополнительный слой 2 р+-типа проводимости, слой 3 р-типа проводимости,

Рассмотрим работу заявляемой структуры в фотоприемнике ИК-излучения, где излучение принимается со стороны подложки (хотя структура может работать и при освещении со стороны п-слоя).

Возможность работы структуры в фотоприемнике с засветкой со стороны подложки обеспечивается тем, что за счет сильного легирования материала подложки примесью n-типа регистрируемое излучение проникает через подложку 1, а за счет того, что толщина дополнительного слоя 0.1-1 мкм - через дополнительный слой 2, достигает области рабочего p-n-перехода, образованного р-слоем 3 и п-слоем 4, где поглощается, генерируя фотоносители. Введение дополнительного р+-слоя 2 с толщиной 0,1-1 мкм обеспечивает уменьшение последовательного сопротивления фотоприемника за счет туннелирования электронов через потенциальный барьер р - гЛ-перехода, образованного п+-подложкой 1 и дополнительным р+-слоем 2 (фиг.16).

Введение дополнительного р -слоя 2 позволяет снизить обратный темновой ток через фотоприемник за счет уменьшения диффузионной составляющей обратного тока через рабочий p-n-переход и инжекцион- ного тока через р -п -переход.

Пример. Структура для фотоприемника ИК-излучения, выполненная .из арсенида индия.

Структура содержит:

1 - подложку п+-типа с концентрацией носителей заряда 2 1018 и толщиной 380 мкм;

2 - дополнительный слой р+-типа с кон- центрацие,й носителей заряда 3 1018см 3и толщиной 0.5 мкм;

3 - слой р-типа с концентрацией носителей заряда 3 1017 и толщиной 6 мкм;

4 - слой n-типа с концентрацией носителей заряда 3 1015 и толщиной 4 мкм. Структура предназначена для ИК-ФПУ на длину волны 3 мкм, работающих при охлаждении до 77 К.

Толщина дополнительного р+-слоя 0,5

мкм обеспечивает уменьшение последовательного сопротивления и обратного темнового тока через рабочий p-n-переход и работоспособность структуры в фотоприемнике ИК-излучения с освещением со стороны подложки.

В таблице приведены параметры и сравнительные характеристики заявляемой структуры, прототипа и приемников ИК-излучения на их основе. Как видно из

таблицы, заявляемая структура обеспечивает существенно меньшие значения обратного темнового тока и последовательного сопротивления фотоприемника.

Преимуществом заявляемой структуры

по сравнению с прототипом является уменьшение последовательного сопротивления и обратного темнового тока через р-п-пере- ход за счет того, что между подложкой и слоем р-типа проводимости дополнительно

введен слой р -типа толщиной 0,1-1 мкм, которая позволяет уменьшить инжекцион- ную составляющую обратного тока, концентрация носителей заряда в дополнительном слое выше, чем в слое р-типа, что позволяет

уменьшить диффузионную составляющую обратного тока, а в результате уменьшить обратный темновой ток через р-п-переход. Так как толщина дополнительного слоя меньше 1 мкм, то это обеспечивает работоспособность структуры при приеме излучения со стороны подложки и позволяет применять ее в многоэлементных ИК-ФПУ гибридного типа, а также упростить технологию их изготовления.

Преимуществом заявляемой структуры является также возможность уменьшения емкости фотоприемника за счет уменьшения емкости р+-п+-перехода. включенного

последовательно с рабочим р-п-переходом.

Формула изобретения Структура для приемника ИК-излучения на основе узкозонного полупроводникового материала, содержащая подложку п -типа

проводимости со слоями р и n-типа проводимости, образующими два встречно включенных p-n-перехода, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения последовательного сопротивления и обратного темно- вого тока, между подложкой и слоем р-типа проводимости дополнительно введен слой р -типа проводимости толщиной 0,1-1 мкм.

Использование: изобретение относится к полупроводниковой электронике, а именно к структурам для производства приемников ИК-диапазона. Сущность: в структуре приемника ИК-излучения между подложкой и слоем рутила проводимости дополнительно введен слой р+-типа проводимости толщиной 0,1-1 мкм. 1 ил., 1 табл.