Способ изготовления поверхностно-барьерного фотоприемника Советский патент 1993 года по МПК H01L31/18 

Изобретение относится к области полупроводниковой технологии и может быть ис- пользовано для изготовления фотоприемников, регистрирующих видимое и ультрафиолетовое излучение.

Задачей предлагаемого технического решения является создание поверхностно- барьерного фотоприемника с высокой коротковолновой чувствительностью, малыми токами утечки, за счет увеличения высоты потенциального барьера металл-полупроводник.

Указанная задача решается в способе Изготовления поверхностно-барьерного фо- трприемника, заключающемся в активации поверхности пластины из GaP и последующего нанесения светопроницаемого слоя благородного металла. Новым является то, Что упомянутую активацию осуществляют

путем погружения пластины в водный раствор сульфидосодержащего соединения в течение времени

)172-372--0

V/2-(Cp)1/2)r1,

где

эВ,

д. У пТехР(А(3к+те );

а2 акт EF - уровень Ферми полупроводника,

а - ионный радиус серы, см;

а- коэффициент прилипания серы;

m - масса атома серы, г; AG - теплота образования серосодер- жащего соединения на поверхности GaP, эВ/ат;

е - высота поверхностного потенциального барьера необработанной пластинки GaP, эВ,..

00

СА) 00 00

ь XI

со

Ср - концентрация раствора,

Покажем существенность признаков.

Активирование поверхности GaP путем погружения пластины в раствор сульфидо- содержащего соединения необходимо для того, чтобы во-первых, удалить собственный окисный слой на GaP (это обеспечит хорошую адгеэию металла к полупроводнику), во-вторых, образовать на поверхности GaP серосодержащее химическое соединение - GaizSs (это обеспечит существенное повышение потенциального барьера металл - фосфид галлия). Повышение барьера, в свою очередь приводит к уменьшению выброса горячих фотоэлектронов из полупроводника в металл и уменьшению токов утечки через поверхностно-барьерную структуру.

Условие по времени

(§X(Cp)1/2(a-3/2-(Cp)1/2)r1,

необходимо для того, чтобы осуществить образование, по крайней мере моноатомного слоя сульфидосодержащего соединения. Нами экспериментально и расчетным путем было установлено, что время образования слоя зависит от уровня легирования GaP, от температуры раствора (чем выше температура, тем меньше требуется времени для образования моноатомного слоя) и от концентрации ионов серы в растворе (чем выше концентрация, тем меньше время; концентрация серы, естественно, ограничена с одной стороны, растворимостью сульфидов в воде, а с другой стороны, она должна быть такова, чтобы образование слоя происходило из достаточного (для моноатомного слоя) количества серы у поверхности GaP). В качестве серо-содержащих соединений могут быть использованы водные растворы сульфидов натрия (Na2S:9H20, МааЗгбНаО), калия (K2S:5H2O) и т.д.

Покажем, что предполагаемое изобретение не следует явным образом из уровня техники.

Известен прием нанесения ha поверхность CaAs слоя сульфидосодержащего соединения из водного раствора Na2S:9H20 с последующим центрифугированием для равномерного распределения слоя по поверхности полупроводниковой пластины. Указанный прием приводит к уменьшению скорости поверхностной рекомбинации в процессе изготовления транзисторов на основе ,СШ А 4751200 М кл HOL 31 /302.

В предлагаемом решении пластинку GaP погружают е раствор сульфидосодержащего соединения и выдерживают в указанном растворе строго определенное аремя, т.к. только в этом случае увеличивается высота барьера металл-полупроводник.

Как было установлено авторами, выведенная зависимость времени погружения позволяет установить взаимосвязь между уровнем легирования фосфида галлия, концентрацией ионов серы в растворе и температурой обработки.

Сущность изобретения поясняется чертежей, где изображены спектры квантовой эффективности поверхностно-барьерных фотоприемников Аи-GaP: а - фотоприемник-прототип; б - фотоприемник, полученный с помощью заявляемого способа.

П р и м е р. В исходном состоянии под ложка фосфида галлия п-типа проводимости с концентрацией электронов 1 1018см 3, предварительно отмытая в четыреххлори- 0 стом углероде и обработанная в травителе 3HCf + 1HN03 3-5 сек затем погружалась в водный 1Н раствор сульфида натрия. Температура раствора была 20°С.

Для определения необходимого времени активации использовались следующие параметры.

а 5 5

0

5

5

,-23 ,

m 5.33 10 г 6}

0

0. 1.25эВ 3 .3эВ {8}

Дб 1.8эВ 7 Из выражения

Гехр(Х(Ср)1/2(а-3/2-(Ср)1/2)Г1,

tЈ

время активации в водном растворе должно быть больше 20 с.

Подложка в активирующем растворе выдерживалась 30 с, затем промывалась в деионизованной воде в течение 2 мин при температуре и высушивалась.

После этого изготавливался барьерный контакт путем химического осаждения золота из 1,5% раствора хлористо-вбдородной кислоты при температуре 25°С.

При изучении спектров фототока при

h v Eg (фаулеровский участок) высота потенциального барьера фотоприемников, изготовленных по предлагаемому способу составила 1,7 эВ, что выше, чем у фотоприемников изготовленных по способу-прототипу(1.3зВ).

Оказалось, что и квантовая эффективность таких фотоприемников существенно выше в коротковолновой (ультрафиолетовой) области спектра (hv 3,1 эВ), чем у

фотоприемников, изготавливаемых по способу-прототипу. Темновой ток при обратном смещении 1 В составил 1. А/см2, что в 5 раз меньше, чем темновой ток фотоприемников по способу-прототипу.

Следует отметить, что предлагаемый способ обеспечивает хорошую адгезию благородную металла к полупроводнику.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет обеспечить улучшение основных технических параметров поверхностно- бартерного фотоприемника (повысить квантовую эффективность в ультрафиолетовой области спектра, уменьшить темновые токи) и reik самым решить проблему точной регистрации ультрафиолетового излучения.

Формула изобретения

Способ изготовления поверхностно- барьерного фотоприемника, заключающийся в активации поверхности пластины из GaP и последующего нанесения светопро- ницаемого слоя благородного металла, отличающийся тем, что активацию осуществляют путем погружения пластины в водный раствор сульфидосодержащего соединения в течение времени

(ffX(Cp)1/V3/2--(СР)1/2)Г1

где

д,Техр(Д(3-±.е );

32а

кт

EF - уровень Ферми полупроводника, эВ;.

а - ионный радиус серы, см;

а - коэффициент прилипания серы;

m - масса атома серы, г; Д6 - теплота образования серосодер- жащего соединения на поверхности GaP, эВ/ат;

е ръ - высота поверхностного потенциального барьера необработанной пластины GaP. эВ;

Ср- концентрация раствора, .

Использование: изобретение относится к области оптоэлектроники и может быть использовано при изготовлении полупроводниковых приборов. Сущность: перед нанесением светопроницаемого слоя благородного металла проводят активацию поверхности пластины GaP путем погружения в водный раствор сульфидосодержаще- го соединения в течение времени t /WjgTexpCEf/kT) {(СРУ1/2 (з 3/2 - (СР)1/2), где А - V2 я пл/а2 а ехр (-Д G + & Ув/кТ), Ef - уровень Ферми полупроводника. аВ, а - ионный радиус серы, см, а- коэффициент прилипания серы; m - масса атома серы, г; AG - теплота образования серосодержа- нйя на поверхности GaP, аВ/ат; е У в - высота поверхностного потенциального барьера необработанной пластины GaP, аВ; Ср - концентрация раствора, см . 1 ил.