Исследованы элементы планарной фоточувствительной матрицы на основе гетероэпитаксиальной структуры InGaAs/InP. Формат матрицы 320х256 пикселей с шагом 30 мкм. Представлено распределение темнового тока по элементам матрицы при двух значениях напряжения смещения. Исследованы вольт-амперные характеристики тестовых элементов различной площади. На основании этих исследований определены составляющие плотности темнового тока, зависящие от объёма и периметра элементов. Для объёмной составляющей плотности темнового тока получено значение 3·10-7 А/см2 при напряжении 5 В. Оценено эффективное время жизни носителей в области пространственного заряда p-n-перехода τэфф =95 мкс.
Разработано неохлаждаемое двухканальное фотоприемное устройство с кремниевым фотодиодом и пленочным фоторезистором из сульфида свинца. Фотодиодный канал снабжен усилителем 744УД1А-1 и обладает порогом чувствительности не выше 1,5·10-10 Вт/Гц-1/2 по источнику А (Т = 2850°С). Удельный порог ФР не превышает 1,3·10-9 Вт/см/Гц1/2 по черному телу с температурой 300°С. ФПУ характеризуется высокой точностью соосности фотодиода, фоторезистора и иммерсионной линзы относительно посадочного диаметра устройства.
Предложена топология фотодиода, обеспечивающая малые времена восстановления чувствительности. В предложенной топологии фоточувствительная площадка окружена “карманом”, устраняющим медленные диффузионные составляющие в периферийном фотоотклике. Приведены экспериментальные результаты, подтверждающие уменьшение времени восстановления чувствительности.
В статье исследуется повышенная взаимосвязь между элементами фоточувствительной матрицы. Установлена причина этого явления: смыкание элементов матрицы из-за боковой диффузии. Выбраны оптимальные величины параметров, а именно, глубина диффузии примеси менее 2,5 мкм и расстояние между p+-областями соседних элементов матрицы 1 мкм, что обеспечило минимальный уровень взаимосвязи без потерь в обнаружительной способности.
Исследована спектральная характеристика фотоприемного устройства (ФПУ) на основе ультрафиолетового фотодиода Шоттки из GaP. Показаны два механизма формирования спектральной характеристики: в области 0,28—0,54 мкм — собственное поглощение, в области более 0,54 мкм — поглощение на барьере Шоттки. В первой области спектральной чувствительности ФПУ может работать как пороговый фотоприемник. Во второй области спектральной чувствительности ФПУ способно работать как обнаружитель мощных оптических сигналов.
Для предотвращения раннего краевого пробоя в планарных лавинных фотодиодах на основе InGaAs/InP часто используют структуру p–n-перехода с заглубленной центральной областью и мелкой периферией. В статье говорится о p–n-переходе с разными глубинами залегания, полученного одностадийной диффузией. Такой переход получается при прохождении примеси через плёнку SiO2 определённой толщины. Приведены результаты экспериментов, проведённых на образцах с плёнками SiO2, выращенных разными методами. Результаты исследований показали, что образцы с плёнкой SiO2, выращенной пиролитическим методом при T = 250 К, имеют лучше характеристики по сравнению с остальными. Уменьшая температуру пиролитического осаждения SiO2, можно улучшить C-V характеристики.
В настоящей работе приведены экспериментальные исследования влияния режимов МОСгидридной эпитаксии на структурные и электрофизические свойства гетероструктур InGaAs/InP. Выбранные режимы использовались для выращивания приборных структур, на которых изготовлены планарные лавинные фотодиоды. По результатам измерения их фотоэлектрических характеристик был сделан вывод о возможности использования разработанных структур для изготовления планарных лавинных фотодиодов.
Рассмотрена возможность создания диода с барьером Шоттки на GaP с низкой высотой барьера для реализации возможности работы в качестве обнаружителя мощных оптических сигналов в среднем ИК-диапазоне. Были проведены исследования влияния увеличения концентрации носителей заряда в области контакта на высоту барьера. В структуру GaP n- и pтипа проводимости были имплантированы различные ионы при разных дозах и энергиях с последующим отжигом в течении 60 минут при температуре 700 оС в азотной среде. Были исследованы CV-характеристики образцов, по результатам которых были определены высоты барьеров. Полученные результаты подтвердили теоретические расчёты. В работе показано, что необходимое снижение высоты барьера «металл–полупроводник» для сдвига спектральной чувствительности GaP в инфракрасную область, может быть получено путем подлегирования контактной области эпитаксиального слоя n-типа проводимости ионами Si с энергией 100 кэВ и дозой (флюенсом) 41014 см-2 с последующим отжигом имплантированного слоя в течении 60 минут в атмосфере N2 при температуре 700 °С. В качестве барьерного металла может быть использована золотая плёнка, напылённая в вакууме. Результаты исследования показали, что увеличения концентрации носителей заряда в области контакта до значений около 1019 см-3 даёт возможность снижения высоты барьера Au-n-GaP до 0,2 эВ.
В данной статье говорится о допустимых отклонениях глубины диффузии, выборе оптимального типа эпитаксиальных структур для изготовления лавинных InGaAs/InP-фотодиодов. При изготовлении ЛФД особое внимание уделяется созданию определённой конфигурации электрического поля в структуре. Конфигурация электрического поля в структуре зависит от исходных параметров структуры и от процессов диффузии. Отклонения от параметров приводят к неработоспособности ЛФД. Было представлено два типа структуры: тип 1 – с равномерным легированием лавинной области (треугольное поле) и тип 2 – с пиковым легированием лавинной области (прямоугольное поле). Указанные эпитаксиальные структуры выращивались методом МОС-гидридной эпитаксии. Типичные параметры структуры типа 1: лавинная область n-InP толщиной 3,9 мкм и уровнем легирования 1,71016 см-3, область поглощения n-InGaAs толщиной 2,35 мкм и уровнем легирования не более 11015 см-3. Типичные параметры структуры типа 2: лавинная область n-InP толщиной 3,6 мкм и уровнем легирования не более 11015 см-3 зарядная область n+-InP толщиной 0,3 мкм и уровнем легирования 8,51016 см-3, область поглощения n-InGaAs толщиной 2,1 мкм и уровнем легирования не более 11015 см-3. В обеих структурах p–n-переход создавался в лавинной области n-InP методом диффузии цинка. Для каждой структуры при различных глубин p–n-перехода, создаваемого диффузией, рассчитывалось напряжение, при котором обеспечивался коэффициент умножения равный 10. Структура типа 1 работоспособна в диапазоне глубин p–n-перехода х0 = (1,77– 2,18) мкм при рабочих напряжениях (56–75) В. Допустимый разброс х0 = 0,41 мкм ( 10 %). Структура типа 2 работоспособна в диапазоне глубин p–n-перехода х0 = (2,50–3,40) мкм при рабочих напряжениях (49–61) В. Допустимый разброс х0 = 0,90 мкм ( 15 %). При изготовлении InGaAs/InP ЛФД структура с пиковым легированием в лавинной области (тип 2) обладает большей технологической устойчивостью по сравнению со структурой с равномерным легированием лавинной области (тип 1). Допустимые отклонения по глубинам p–n-перехода составляют ( 15 %) для структуры типа 2, и ( 10 %) для структуры типа 1.
В данной статье приводятся методики расчета разностной дозы примеси Qа и ее контроля при планарной технологии изготовления лавинных фотодиодов (ЛФД) на основе гетероэпитаксиальных структур InGaAs/InP. Разработанные методики контроля разностной дозы в лавинных InGaAs/InP структурах использовались на различных этапах изготовления ЛФД. Показана необходимость более жесткого контроля доз концентрации производителем эпитаксиальных структур, согласования методик их измерения, коррекции диффузионных процессов под конкретные дозы примесей.