5. Технологія фотоприймачів

Одним з методів одержання ^-п-переходів джерел і приймачів випромінювання на основі GаАs і АІ_xGа_xАs є дифузія з газового середовища. З домішкових і акцепторних домішок з цією метою практично придатні тільки цинк і кадмій, що дають дрібні акцеп- торні рівні. Зазвичай перевага віддається цинку, оскільки він має великий коефіцієнт дифузії й високу граничну розчинність у твердій фазі – 10¹⁹ ... -10²⁰ см . Коефіцієнт дифузії цинку, профіль йо­го розподілу й поверхнева концентрація дуже залежать від умов проведення процесу (зокрема, від виду дифузії, температурно-ча­сового режиму процесу, рівня протитиску в ампулі тощо) й істотно впливають на квантову ефективність і стабільність фотоприймачів при довгостроковій роботі.

Процес дифузії трохи ускладнюється тим, що через високий парціальний тиск миш’яку при температурі дифузії 973...1173 К, що призводить до дисоціації підкладки з арсеніда галію, необхідно вакуумувати робочі ампули.

Рідиннаі епітаксія GаАs і А1_хGа_1-x Аs з розчинів-розплавів як метод одержання р-п-переходів широко застосовується в технології напівпровідникових лазерів і фотоприладів.

При вирощуванні структур арсеніду галію й багатошарових структур на основі А1_xGа_1-x Аs методом рідиннофазної епітаксії найбільш зручний варіант примусового охолодження розчинів- розплавів, коли розчинником служить галій. Як правило, процес відбувається в графітових контейнерах у проточній системі в атмо­сфері осушеного й очищеного водню. У деяких випадках для під­вищення якості й продуктивності процесів конструюються заван­тажувальні шлюзові камери й контейнери для подачі підкладок.

Основні ускладнення при епітаксійній технології пов’язані з легким окислюванням поверхні розплаву й можливістю виник­нення дефектів, неоднорідностей на гетерограницях внаслідок зміни розплавів при багатошаровому вирощуванні. Крім того, при цьому методі важко забезпечити високу продуктивність і малу вит­рату дефіцитних вихідних матеріалів.

Найбільшого поширення набули два способи: із зануренням підкладок і зі зсувом.

Для вирощування одношарових епітаксіальних структур з ви­сокою продуктивністю найбільш зручний варіант — «занурення». В одному з його різновидів вирощування шарів відбувається одно­часно на великій кільїсості підкладок з використанням центрифу­ги, що піднімає розплав до підкладок. По закінченні процесу й зу­пинки центрифуги розплав стікає з підкладок. Для одержання багатошарових структур при «зануренні» використовують секцій­ні тиглі, що містять розплави різного складу.

У «зсувному» варіанті, який широко застосовується при багато­шаровому вирощуванні, використовують різні модифікації ле­гальних контейнерів. Для високої досконалості гетерограниць за­пропоновано спосіб примусового витиснення відпрацьованого розплаву продавлюванням наступної порції в пристрої.

Омічні контакти до структур на основі GaAs і твердих розчинів Al_xGa_1-x As повинні задовольняти всім вимогам, характерним для контактів напівпровідникових приладів, і, насамперед, не робити істотного впливу на вид вольтамперної характеристики й зберігати стабільність і механічну міцність у робочому діапазоні струмів і температур. Як правило, основу кращих матеріалів становить зо­лото. Для n-GaAs найбільш надійними контактними матеріалами є сплави Au -Ge і Au-Те. Для р-GaAs контакти доцільно виготовля­ти зі сплаву Au-Zn внаслідок високого коефіцієнта дифузії цинку. Гарний омічний контакт п- і p-GaAs, який має найменший опір, одержують вплавленням індію. До твердих розчинів Al_xGa_1-x As , особливо прямозонних складів, можна використовувати ті самі контактні матеріали, що й до GaAs. У цьому разі характеристика омічного контакту дуже чутлива до концентрації алюмінію, що може із твердим розчином утворювати випрямляючий контакт.

Основні контактні матеріали до GaAs і Ga_1-xAs наведено в табл. 3.2. Зазвичай для одержання омічних контактів матеріал наносять на сильно леговану підконтактну область напівпровід­никової пластини, яку одержують перекристалізацією з розплаву, дифузією легуючої домішки з контактного матеріалу, додатковим епітаксіальним вирощуванням, попередньою неглибокою дифу­зією або іонною імплантацією.

Для сполук GaAs і Al_xGa_1-x As іонна імплантація не отримала широкого застосування через труднощі реалізації високих концентрацій (10¹⁹ см^-3 ) електрично активної домішки.

Додаткове епітаксійне вирощування використовується в дея­ких випадках для одержання на контактній площадці більш

Таблиця 3.2 Матеріали контактів до напівпровідникових сполук	Сполука	Тип провідності	Контактний матеріал	Склад компонентів	Температура плавлення.К
	GаАs	р	Аu-Zn	(99:1)	—
		р	ln-Аu	(80:20)	—
		п	Аu-Gе	(86:12)	623...728
		п	In-Аg	(90:10)	623
		п	Аu-Si	(94:6)	573
		п	Аu-Sn	(90:10)	623...973
		п	Аu-Те	(96:2)	773
	AlxGa1-x As	р	Аu-Zn	(99:1)	673...723
		р	Аu-Іn		773
		п	Аu-Ge-Ni	(83:12:5)	723... 756
		п	Аu-Sn		723
		п	Аu-Si		--

вузькодонного напівпровідника, наприклад, GаАs на Al_xGa_1-x As . При перекристалізації з розплаву попередньо нанесений метал розчиняє деяку кількість напівпровідника. Охолодження поверх­ні пластини приводить до кристалізації області з високим вмістом металу, наприклад, золота або його сплаву з германієм в n-GаАs, сплаву золота із цинком в р-GаАs. В останньому випадку при цьому відбувається також дифузія цинку в GаАs або Al_xGa_1-x As .

Технологічний процес виготовлення омічних контактів скла­дається зазвичай із двох операцій: нанесення металу або суміші металів (іноді з добавкою легуючої домішки) на добре підготовлену очищену поверхню напівпровідника й розжарювання у вакуумі або в атмосфері інертних газів. Іноді ці операції сполучають. У напівпровідниковій технології металеві шари наносять випаро­вуванням, розпиленням, гальванічним і хімічним осадженням, паянням, сплавленням та іонною імплантацією.

У випадку GаАs і Al_xGa_1-x As розпилення й випаровування з успіхом застосовуються для нанесення багатокомпонентних кон­тактних матеріалів, наприклад, Аu-Gе, Аu-Gе-Ni. Іонна імплан­тація вживається рідко через низьку швидкість осадження шарів, але вона може використовуватися для спрямованого формування дефектів на поверхні напівпровідника з метою підвищення адгезії.

Сполуки на основі арсеніду галію зазвичай погано змочуються при розжарюванні контакту. Для поліпшення змочуваності окре­мо або разом з основним металом наносять шар металу, що не утво­рить евтектику з матеріалом контакту, наприклад, Ni, Pt або Au, а також використовують флюси або легують вплавлюваний про­відник невеликою кількістю домішок, що зменшують поверхне­вий натяг.

Для одержання бар’єрів Шотткі застосовують ті самі методи, що й при формуванні омічних контактів.

При розробці технологічного процесу виготовлення приладів на основі GaAs і Al_xGa_1-x As необхідно також ураховувати швидке окислювання відкритої поверхні цих матеріалів. Тому безпосеред­ньо перед нанесенням контактних матеріалів повинна проводити­ся операція видалення окісної плівки. У цей час фотоприймачі виготовляються на основі традиційної технології кремнієвих при­ладів. Однак створення p-n-переходів, наприклад, у структурі SnSb легше здійснювати іонною імплантацією. Найкращі результати дає імплантація легких елементів (берилію, магнію).

Планарні п-р і п-р⁺- фотоприймачі на основі антимоніду індію виготовляються імплантацією іонів сірки (150 кеВ) і берилію (100 кеВ) з дозою від 5 • 10¹³ до 5 • 10¹⁴ см при температурах

500. … 623 і 300 К відповідно. Маскою служить шар фоторезисту. Для захисту під час відпалу у середовищі очищеного азоту при тем­пературах 523...673 К наносять піроелектричний оксид товщиною 120 мкм.

При створенні шарів р-типу необхідно стравлювати матеріал імплантованої області товщиною 200 мкм, щоб уникнути появи надлишкових струмів витоку, викликаних залишковими пору­шеннями. Для шарів п-типу така операція не потрібна, оскільки імплантаційні порушення створюють саме цю провідність. Кон­такти до імплантованих шарів формують напилюванням індію з наступним вплавленням при температурі 353 К.

При цьому зовнішня квантова ефективність становить 40… 60 % для всіх фотоприймачів.

Фотодіоди на основі епітаксіального телуру свинцю реалізують­ся за допомогою імплантації іонів сурми в епітаксіальні плівки товщиною 5 .. 12 мкм p-типу з концентрацією дірок при 77 К поряд­ку 5 • 10¹⁶... 1 • 10¹⁷ см^-3 і рухливістю 8 • 10³...1,8 • 10⁴ см²/(В • с). За тієї ж температури опір сформованих р-п-переходів становить при­близно 1 мОм.