Спосіб виготовлення фотодіода gaas/gap

Реферат: UA 87410 U UA 87410 U 5 10 15 20 25 30 35 Корисна модель належить до галузі напівпровідникової електроніки, зокрема до технології фоточутливих структур з гетеропереходами. Гетеропереходи (ГП) у системі арсенід-фосфід галію можуть бути основою низки оптоелектронних приладів - джерел спонтанного і вимушеного випромінювання, селективних і широкосмугових фотодетекторів, сонячних елементів тощо [1]. Їх фізико-технічні параметри і характеристики значною мірою визначаються концентрацією дефектів Ns на межі поділу, викликаних достатньо високою (~3,6 %) розбіжністю сталих ґраток компонентів ГП. Вплив цього фактора можна зменшити шляхом створення на межі поділу варізонного шару твердих розчинів GaPxAs1-x вибором способу і режимів виготовлення гетероструктури. Перспективним у даному плані є метод твердофазного заміщення, який успішно використовується для вирішення подібних задач на широкозонних II-VI і III-V сполуках [2, 3]. Цим методом, зокрема, авторами [4] були виготовлені гетеропереходи p-GaP/n-GaAs, спектр фоточутливості Sω яких охоплював досить широкий діапазон (Δħω≈0,85 еВ), і обмежений енергіями, близькими до ширини забороненої зони Еg арсеніду і фосфіду галію. При 300 K і 2 потужності падаючого світла 60 мВт/см умови освітлення (АМ2) напруга холостого ходу Vxx 2 досягала 0,5 В, а густина струму короткого замикання Jкз≈1 мА/см . Технологія виготовлення таких гетероструктур полягала у наступному [3]. Монокристалічні підкладинки n-GaAs завантажувались у кварцову ампулу разом із шихтою, яка складалась з подрібненого GaP і 3 -5 невеликої кількості (0,02-0,05 мг/см ) хлористого кадмію. Потім ампула відкачувалась до 10 тор, запаювалась і поміщалась у двозонну піч зі ступеневим розподілом температури, причому підкладинка знаходилась при ~730 °C, а шихта - при ~790 °C. При вибраних таким чином умовах швидкість росту шарів GaP становила ~10 мкм/год. Для отримання у процесі росту шарів -2 0 3 фосфіду з дірковою провідністю в ампулу додавали невелику кількість (10 -10 мг/см ) елементарного кадмію. Гетеропереходи створювались нанесенням на компоненти структури омічних контактів, а їх кращі параметри ГП були наведені вище. Недоліками даного способу є насамперед використання складної багатокомпонентної шихти і двозонної високотемпературної печі. Крім того, легування кадмієм потребує прецизійного вибору температури Td і часу td дифузії, оскільки Cd є мілким акцептором як у GaP, так і у GaAs [1]. Тому залежно від Td і td p-n-перехід може формуватись у будь-якій області гетероструктури (GaP, GaAs чи у шарі твердих розчинів GaPxAs1-x), суттєво впливаючи при цьому на основні фотоелектричні параметри ГП - Vхх, Jкз і Δħω. В основу корисної моделі поставлено задачу усунення зазначених недоліків, а також покращення деяких фотоелектричних параметрів гетеропереходу GaAs/GaP за рахунок зміни технології виготовлення та її параметрів. Поставлена задача вирішується тим, що гетероперехід GaAs/GaP виготовляється на підкладинках n-GaP шляхом їх ізотермічного відпалу при температурі 850±50 °C у присутності шихти GaAs. У таблиці наведено основні фотоелектричні параметри двох типів гетеропереходів GaAs/GaP - виготовлених нами p-GaAs/n-GaP і найближчого аналога p-GaP/n-GaAs [4]. гетероперехід p-GaAs/n-GaP p-GaP/n-GaAs Δħω, еВ 1,4-2,3 1,4-2,3 Vхх, B 1,0 0,5 2 Jкз, мА/см 3 1 40 45 50 55 Апробація запропонованого способу проводилась на монокристалічних підкладинках n-GaP з епітаксійним шаром того ж типу провідності, концентрація електронів у якому при 300 K 17 -3 становила ~5·10 см . Знежирені, ретельно відмиті та висушені пластини типорозміром 3×3×0,3 3 мм завантажувались у кварцові ампули разом з подрібненою шихтою GaAs. Вакуумовані до 10 4 тор і запаяні ампули поміщались у резистивну піч, температуру якої можна було змінювати у межах 600-1000 °C. При цьому шихта і підкладинка знаходилась у протилежних кінцях ампули, яка розміщалась на температурному плато, тобто відпал проводився в ізотермічних умовах. Час відпалу для всіх температур був однаковий і становив 1 год. У результаті проведеного технологічного процесу поверхня підкладинок змінює колір з оранжевого на чорний, а тип провідності - з електронної на діркову. Ширина забороненої зони, знайдена зі спектрів оптичного пропускання становить ~1,4 еВ, яка близьке до значення цього параметра для GaAs. Гетеропереходи виготовлялись зі шліфовкою більшої сторони (без епітаксійного шару) пластинки до вихідного кристала n-GaP. Омічні контакти до компонента ГП створювались шляхом нанесення і термічного припікання плівок нікелю. Освітлення гетеропереходів здійснювалось зі сторони більш широкозонного компонента (тобто GaP) джерелом білого світла 2 потужністю ~60 мВт/см . 1 UA 87410 U 5 10 15 20 Дослідження показали, що фотоелектричні параметри виготовлених гетероструктур залежать від температури відпалу і досягають максимальних значень при Т а≈850 °C. Зниження або підвищення Та викликає зменшення Vхх і Jкз, а також зміну форми спектра фоточутливості, практично не впливаючи на його ширину Δħω. При цьому відхилення від 850 °C на ±50 °C призводить до зменшення напруги холостого ходу і струму короткого замикання не більше ніж на 30 %, у зв'язку з чим оптимальними температурами відпалу можна вважати 850±50 °C. Аналіз даних таблиці показує, що значення Vхх і Jкз, виготовлених нами гетеропереходів pGaAs/n-GaP, суттєво перевищують аналогічні параметри найближчого аналога p-GaP/n-GaAs. Крім того, запропонований спосіб є менш складним і вартісним, внаслідок заміни двозонної печі однозонною та багатокомпонентної шихти (GaP+CdCl2+Cd) більш простою (GaAs). I нарешті відмітимо, що при запропонованій технології на відміну від найближчого аналога GaAs і GaP завжди мають діркову та електронну провідності відповідно, незалежно від температури і часу відпалу. Джерела інформації: 1. Андреев В.М., Долгинов Л.М., Третьяков Д.Н. Жидкостная эпитаксия в технологии полупроводниковых приборов. - М.: Сов. радио, 1975. - 328 с. 2. Makhniy V.P., Baranyk V.Ye., Demich N.V., Melnik V.V., Malimon I.V., Slyotov M.M., Stets E.V. Isovalent substitution-a perspective methods of producing heterojunction optoelectronical devices // Proc. SPIE, 2000, V. 4425, P. 272-276. 3. Алферов Ж.И., Корольков В.И., Трукан М.К., Чащин С.П. Получение и электрические свойства эпитаксиальных пленок фосфида галлия р-типа // ФТТ, 1965, Т. 7, В. 8. - С. 2370-2374. 4. Алферов Ж.И., Зимогорова Н.С., Трукан М.К., Тучкевич В.М. Некоторые фотоэлектрические свойства р-n-гетеропереходов фосфида галлия-арсенид галия // ФТТ, 1965, Т. 7, В. 4. - С. 1235-1236. 25 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 Спосіб виготовлення фотодіода GaAs/GaP, що включає створення гетерошару на напівпровідниковій підкладинці шляхом відпалу у вакуумованій ампулі в присутності шихти, який відрізняється тим, що відпал підкладинок n-GaP проводять в ізотермічних умовах у присутності шихти GaAs при температурі 850±50 °C. Комп’ютерна верстка І. Скворцова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 2