Фотодіод для ультрафіолетової області спектра оптичного випромінювання

Фотодюд для ультрафіолетової області спектра оптичного випромінювання на основі фосфіду галію з активним електродом, який відрізняється тим, що як активний електрод до фосфіду галію використовується провідний шар окислу металу або суміш окислів металів, оптично прозорих в діапазоні довжин хвиль 250-500нм з показником заломлення в межах 1,8 + 2,2 Винахід відноситься до мікрофотоелектроніки, а саме до напівпровідникових фотодюдів, чутливих в ультрафіолетовій області оптичного випромінювання і може бути використаний в якості фотоприймача в оптико-електронних системах ВІДОМІ фотодюди для ультрафіолетової області спектра оптичного випромінювання на основі кремнію з дифузійним р-п переходом малої глибини залягання [1] Недоліком такої конструкції є досить мале значення монохроматичної струмової чутливості в діапазоні довжин хвиль 300-500нм Найбільш близьким до запропонованого винаходу є фотодюд для ультрафіолетової області спектра оптичного випромінювання на основі фосфіда галія з активним електродом у вигляді напівпрозорого шару металу [2] Фотодюди виконано на епітаксійних структурах п-типу провідності Вони мають струмову монохроматичну чутливість на довжині хвилі максимуму спектральної чутливості (430-440нм) 0,15А/Вт, а на довжині хвилі ЗООнм чутливість складає 0,06А/Вт Недоліком такої конструкції є використання в якості активного електроду напівпрозорого шару метала, який не дозволяє створювати фотодюди з високою квантовою ефективністю внаслідок значного поглинання оптичного випромінювання в шарі метала Коефіцієнт пропускання плівки золота товщиною 0,1 нм, нанесеної на фосфід галію, знаходиться в межах 35-45% в спектральному діапазоні 300-500нм [3] Крім того, зменшення товщини метала в такій конструкції збільшує послідовний опір фотодюду Завданням запропонованого винаходу є розширення області спектральної чутливості та збільшення струмової монохроматичної чутливості фотодюда в діапазоні довжин хвиль 250-500нм Вказане завдання досягається тим, що в якості активного електрода до фосфіду галію використовується провідний шар окисла метала, або суміші окислів металів, оптично прозорих в діапазоні довжин хвиль 250-500нм з показником заломлення в межах 1,8+2,2 Як відомо [3], основною перевагою використання в якості активного електроду тонких плівок окислів деяких металів є їх висока прозорість в області спектра оптичного випромінювання 3001100нм, пов'язана з великим значенням ширини забороненої зони (Ед~3,8эВ) Крім того показник заломлення плівки практично ідеально підходить для створення просвітлюючого покриття на поверхні фосфіду галію При товщині плівки окисла метала 55нм на довжині хвилі 435нм коефіцієнт пропускання напиленої на фосфід галію плівки перевищує 95% Крім того, проведені нами дослідження показали (таблиця), що матеріал, що застосовується в якості активного електрода, мусить мати показник заломлення в межах 1,8-2,2 СО (О о 00 ю 58063 Таблиця Коефіцієнт пропускання шару окисла метала з показником заломлення п і товщиною п, нанесений на фосфід галію для різних довжин хвиль у процентах Довжина хвилі, X нм 1,8 Показник заломлення шару окислу металу, п 1,9 2,0 2,1 2,2 Товщина шару окислу металу, п, нм 310 340 370 400 430 86,75 81,25 88,06 90,89 92,33 94,32 90,72 96,09 97,76 98,46 95,10 93,79 98,85 99,63 99,75 89,06 89,38 95,71 96,32 96,25 79,31 80,29 88,52 89,61 89,75 37 43 47 51 55 ВІДПОВІДНІСТЬ критерію "новина" запропонованого фотодюда для ультрафіолетової області оптичного випромінювання забезпечує та обставина, що заявлена сукупність ознак не міститься ні в одному з об'єктів існуючого рівня техніки У винаході запропоновано рішення, принципово нове для фотодюдів, призначених для реєстрації ультрафіолетового оптичного випромінювання, яке полягає утому, що в якості активного електрода до фосфіду галію використовується провідний шар окисла метала, або суміші окислів металів, оптично прозорих в діапазоні довжин хвиль 250-500нм з показником заломлення в межах 1,8-5-2,2 Тому, ознаки, що не зустрічаються ні в одному з аналогів "в якості активного електрода до фосфіду галію використовується провідний шар окисла метала, або суміші окислів металів, оптично прозорих в діапазоні довжин хвиль 250500нм з показником заломлення в межах 1,8-ь2,2" забезпечує заявленому об'єкту необхідний винахідницькій рівень Промислове використання запропонованого винаходу не вимагає великих витрат, спеціальних матеріалів та технологій, його реалізація можлива на виробництвах України та за и межами На фіг наведено схематичне зображення фотодюда для ультрафіолетової області спектра оптичного випромінювання Фотодюд для ультрафіолетової області спектра оптичного випромінювання складається з підкладки із фосфіду галію п+-типу провідності (1), епітаксійного шару фосфіду галію n-типу провідності (2), на поверхні якого нанесено шар окисла кремнію (3), в якому відкрите вікно, в межах якого на фосфід галію нанесено провідний шар окислу металу (4) що і являє собою фоточутливий елемент (5) Конструкція передбачає створення кільцевого контакту (наприклад з нікелю) на лицевому боці - контакт на поверхні плівки окисла метала (6) з виходом на поверхню захисного окисла кремнію (7), який застосовується для під'єднання виводів (8) ультразвуковою приваркою Загальний контакт із зворотного боку кристала фотодюда виконано із сплаву індій-нікель (9) Приклад конструкції фотодюда для ультрафіолетової області спектру оптичного випромінювання Фоточутливий елемент формується на основі поверхнево-бар'єрної структури напівпровідник (епітаксіальні п-п+-структури з концентрацією но смв заряду приблизно 10 см ) - широкозонний напівпровідник SnO2 Товщина епітаксійного шару складає 10-15мкм Бар'єрний контакт на поверхню епітаксійного шару створюється шляхом нанесення тонкого провідного шару SnO2 Товщина плівки окисла метала складала 55-60нм Омічний контакт створюється шляхом вплавлення сплаву In-Ni в вакуумі В якості контактного шару до SnO2 використовується напилений нікель Під'єднання виводів здійснюється пайкою мідних луджених виводів до контактних шарів При використанні ультразвукової приварки виводів використовується варіант конструкції, де контактний шар металізації виходить на захисний шар S1O2 Фотодюд для ультрафіолетової області спектра оптичного випромінювання працює наступним чином Ультрафіолетове випромінювання потрапляє на шар широкозонного напівпровідника, наприклад SnO2 товщиною 50-60нм, і проходить скрізь нього При цьому при проходженні шару окисла метала втрачається не більше 5% випромінювання на довжині хвилі 430нм Потрапивши на межу окисел метала - напівпровідник, яка є бар'єром, і далі в об'єм напівпровідника ультрафіолетове оптичне випромінювання породжує електронно-діркові пари поблизу межі розділу При цьому електронно-діркові пари розділяються бар'єром і генерують струм, який знімається з контактів фотодюда Завдяки мінімальному поглинанню ультрафіолетового випромінювання в шарі окисла метала КІЛЬКІСТЬ носив заряду, породжених від поглинутого в об'ємі напівпровідника випромінювання, близька до максимальної величини і відрізняється від неї не більше як на 5% Завдяки цьому діапазон спектральної чутливості фотодюда такої конструкції фоточутливого елемента розширюється з 300500нм до 250-500нм, а його монохроматична струмова чутливість досягає практично теоретичного значення в максимумі спектральної характеристики Значення монохроматичної струмової чутливості на довжині хвилі максимуму спектральної чутливості (430-440нм) складає 0,ЗА/Вт, а на довжині хвилі 250нм чутливість складає 0,1А/Вт, що значно перевищує прототип Джерела інформації 1 Анисимова И Д , Никулин И М , Заитов Ф А Курмашев Ш Д Полупроводниковые фотоприемники Ультрафиолетовый, видимый и ближний инфракрасный диапазоны спектра - М Радио и 58063 связь -1984 -с 109-110 2 Анисимова И Д , Стафеев В И Фотоприемники ультрафиолетового диапазона на основе широкозонных соединений А3В5//Прикладная физика, 1999 -Вып 2 -с 43-44 3 Малик А И , Грушка Г Г Оптоэлектронные свойства геттеропереходов окисел металлафосфид галлия // Физика и техника полупроводников, 1991, т 25, вып 10, с 1891-1695 Фіг. Комп'ютерна верстка Е Гапоненко Підписано до друку 05 08 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна