МПМ-фотодиод

01 31/10 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПАТЕНТНЫЙ КОМИТЕТ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ(57) МПМ-фотодиод, содержащий встречно-штыревые электроды, образующие барьер Шоттки с фоточувствительной поверхностью полупроводниковой подложки из арсенида галлия и расположенный между электродами поверхностно-легированный слой, отличающийся тем, что встречно-штыревые электроды выполнены утопленными в канавки полупроводниковой подложки, металлические выводы к этим электродам расположены на межслойном диэлектрическом покрытии, нанесенном на поверхностно-легированный слой, а между поверхностно-легированным слоем и металлическими электродами образован воздушный зазор. Фиг. 1 Изобретение относится к области оптоэлектроники, в частности к фотодиодам со структурой металлполупроводик-металл и может быть использовано, например, в качестве фоточувствительных компонентов оптоэлектронных ИС в световодных системах связи и оптической локации. Известен МПМ-фотодиод, содержащий встречно-штыревые электроды, образующие барьеры Шоттки с нелегированным слоем, выращенным эпитаксией из паровой фазы на полуизолирующей полупроводниковой подложке , и металлические выводы, являющиеся продолжением этих электродов, расположенных на поверхности полуизолирующей подложки 1. Недостатками данного изобретения являются низкая квантовая эффективность из-за высокой скорости поверхностной рекомбинации носителей заряда вследствие захвата генерируемых излучением электронно-дырочных пар ловушками фоточувствительной поверхности полупроводника между электродами высокие значения темнового тока и, соответственно, минимального уровня шума, а следовательно, и порога чувствительности вследствие значительного вклада поверхностной составляющей темнового тока, обусловленной процессами генерации-рекомбинации на поверхности полупроводника низкое быстродействие МПМ-фотодиода, определяемое постоянной времени -цепи из-за высокого значения паразитной емкости, обусловленной большой площадью металлических выводов, расположенных по поверхности полупроводника. Наиболее близким техническим решением к заявляемому является МПМ-фотодиод 2, содержащий 3033 1 встречно-штыревые электроды, образующие барьеры Шоттки с поверхностно-легированным слоем на полуизолирующей полупроводниковой подложке(прототип). Создание поверхностно-легированного слоя полупроводника позволяет уменьшить скорость поверхностной рекомбинации за счет отталкивания носителей заряда и предотвращения их захвата поверхностью и, соответственно, увеличить квантовую эффективность МПМ-фотодиода, а также уменьшить темновой ток за счет снижения поверхностных токов утечки. К недостатком, прибора следует отнести высокое значение темнового тока при больших напряжениях смещения на электродах из-за туннелирования носителей заряда через барьеры Шоттки, сформированные на поверхностно-легированном слое высокое значение уровня порога чувствительности МПМ-фотодиода из-за повышенных шумов, обусловленных генерационно-рекомбинационной составляющей темнового тока, вследствие того, что область пространственного заряда, образуемая барьером Шоттки, включает область дефектной границы раздела поверхностно-легированного слоя и объема полупроводниковой подложки низкое быстродействие МПМ-фотодиода, определяемое постоянной времени -цепи из-за высокого значения емкости, барьера Шотки, обусловленной большой площадью электродов. Задачей изобретения является понижение уровня порога чувствительности, снижение темнового тока при больших напряжениях смещения на электродах и увеличение быстродействия МПМ-фотодиода. Эта задача достигается тем, что в МПМ-фотодиоде, содержащем встречно-штыревые электроды, образующие барьер Шотгки с фоточувствительной поверхностью полупроводниковой полуизолирующей подложки из арсенида галлия и расположенный между электродами поверхностно-легированный слой, встречно-штыревые электроды выполнены утопленными в канавки полупроводниковой подложки, металлические выводы к этим электродам расположены в межслойном диэлектрическом покрытии, нанесенном на поверхностно-легированный слой, а между поверхностно-легированным слоем и металлическими электродами образован воздушный зазор. По сравнению с прототипом 2 предлагаемый МПМ-фотодиод имеет существенные отличия за счет того, что встречно-штыревые электроды выполнены утопленными в канавки полуизолирующей полупроводниковой подложки, между которой находится поверхностно-легированный слой, и между поверхностно-легированным слоем и металлическими выводами образован воздушный зазор, удается снизить уровень порога чувствительности и снизить значение темнового тока при больших напряжениях смещения на электроде увеличить быстродействие МПМ-фотодиода, определяемое постоянной времени -цепи, за счет уменьшения паразитной емкости МПМ-фотодиода, расположением металлических выводов на диэлектрическом покрытии. Предлагаемый МПМ-фотодиод, изображенный на фиг. 1, 2 содержитполуизолирующую подложку 1 с поверхностно-легированным слоем 2 просветляющее пассивирующее межэлементное диэлектрическое покрытие 3 встречно-штыревые электроды с количеством штырей от 3 до 3000 шт. 4 воздушный зазор 8 диэлектрическое покрытие 9 металлические выводы 5 падающее оптическое излучение 6 граница раздела диэлектрическое покрытие - поверхностный слой 7. МПМ-фотодиод работает следующим образом. Поступающее на МПМ-фотодиод оптическое излучение 6 проходит просветляющее диэлектрическое покрытие 3, 9 и поверхностно-легированный слой 2 полуизолирующей подложки 1 и поглощается в объеме полупроводника. Барьеры Шоттки, образованные в зонах контактов встречно-штыревых электродов 4 с поверхностью полуизолирующего полупроводника 1, ограничивают фототок значениями тока, индуцированного фотонами определенной энергии и частоты, необходимой для преодоления барьера. При подаче напряжения смещения на металлические выводы 5 генерированные оптическим излучением носители заряда захватываются и ускоряются полем ОПЗ в результате чего электроны из зоны проводимости полупроводника попадают на электроды 4, вызывая во внешней цепи диода фототок. Низкая концентрация носителей заряда в полуизолирующей подложке 1 позволяет получить большую область сбора генерируемых излучением носителей заряда за счет большой ширины области пространственного заряда полупроводника. При этом подавляется захват носителей заряда поверхностью 7 полупроводниковой структурыпод влиянием электрического поля каждого из элементов встречно-штыревых электродов 4 вследствие встроенного поля поверхностно-легированного слоя 2 полуизолирующего полупроводника 1, которое преломляет и отражает от поверхности 7 генерированные в объеме полупроводника 1 носители заряда. За счет того, что в конструкции МПМ-фотодиода встречно-штыревые электроды выполнены утопленными в канавки полуизолирующей полупроводниковой подложки 1, между которыми находится поверхностнолегированный слой 2, а между поверхностно-легированным слоем 2 и металлическими электродами образован воздушный зазор 8, исключающий электрический контакт между ними, достигается снижениепри больших напряжениях смещения на электродах 4 вследствие уменьшения туннелирования носителей заряда через барьер Шоттки, т.к. последние образованы контактом электродов 4 с поверхностью полуизолирующей полупроводниковой подложки 1, а также снижение генерационно-рекомбинационной составляющей темнового тока и, следовательно, минимального уровня шума, а значит, и понижение уровня порога чувствительности МПМ-фотодиода вследствие того, что область ОПЗ, образуемая барьер Шоттки, не включает область дефектной границы раздела поверхностно-легированного слоя 2 и полуизолирующей подложки 1. 3033 1 За счет того, что металлические выводы 5 к электродам расположены на диэлектрическом покрытии 9,удается уменьшить площадь электродов 4, тем самым уменьшая емкость барьера Шоттки, образуемого этими электродами с полуизолирующей полупроводниковой подложкой 1, а также удается снизить паразитную емкость МПМ-фотодиода, связанную с металлическим выводом 5, чем достигается повышенное быстродействие МПМ-фотодиода. В качестве материала встречно-штыревых электродов 4 можно использовать , , Мо, Та, , ,Т/А, а материалом металлического вывода 5, кроме А, могут быть А, /, причем выбор материалов электродов 4 и вывод 5 определяется селективностью травления материалов выводов по отношению к материалу электродов. Подложкой при изготовлении служит пластина полуизолирующегос поверхностнолегированными слоями типа Б-. В качестве просветляющего пассивирующего межслойного диэлектрического покрытия 3 можно использовать слои 2, А 23, 34, 23, 2, полимидытолщиной, обеспечивающей пропускание излучения с минимальным отражением от границы раздела диэлектрик-поверхностно-легированный слой. По сравнению с прототипом предлагаемая конструкция имеет следующие преимущества низкие значения темнового тока при больших напряжениях смещения на электродах вследствие уменьшения туннелирования носителей заряда через барьер Шоттки, который образован контактом электродов с поверхностью полуизолирующей полупроводниковой подложки, в то время как в прототипе они образованы контактом электродов с поверхностно-легированным слоем низкие значения генерационно-рекомбинационной составляющей т, и, следовательно, минимального уровня шума, а значит, уровня порога чувствительности МПМ-фотодиода вследствие того, что ОПЗ, образуемая барьером Шоттки, не включает область дефектной границы раздела поверхностно-легированного слоя и полуизолирующей полупроводниковой подложки уменьшение площади электродов, следовательно, емкости барьера Шоттки, а также снижение паразитной емкости МПМ-ФД, связанной с металлическими выводами, расположенными на диэлектрическом покрытии,чем достигается повышенное быстродействие МПМ-фотодиода, определяемое постоянной С-цепи диэлектрический слой, который выполняет функции просветляющего пассивирующего межэлементного покрытия, позволяет обеспечить пропускание излучения с минимальным отражением от границы раздела диэлектрик-поверхностно-легированный слой, тем самым повысить квантовую эффективность МПМфотодиодов, а также повысить стабильность электрофизических характеристик прибора вследствие пассивации поверхности полупроводника утопленные в канавки электроды не экранируют светоприемной поверхности подложки, что обеспечивает увеличение квантовой эффективности прибора. Государственный патентный комитет Республики Беларусь. 220072, г. Минск, проспект Ф. Скорины, 66.