Вертикально-освещаемый фотодиод на основе p-n перехода (варианты)

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ВЕРТИКАЛЬНО-ОСВЕЩАЕМЫЙ ФОТОДИОД НА ОСНОВЕ - ПЕРЕХОДА (ВАРИАНТЫ)(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И. Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Малышев Сергей Александрович Чиж Александр Леонидович Василевский Юрий Георгиевич(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И. Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) 1. Вертикально-освещаемый фотодиод на основе - перехода, состоящий из последовательно расположенных и контактирующих между собой первого металлического электрода, образующего омический контакт, полупроводника первого типа проводимости,полупроводника второго типа проводимости и второго металлического электрода, образующего омический контакт, в котором сформировано отверстие для ввода оптического излучения, в котором сформирован дополнительный металлический электрод относительно центра отверстия на расстоянии, обеспечивающем наилучшую равномерность электрического потенциала по фоточувствительной поверхности фотодиода при подаче оптического излучения, который образует омический контакт и электрически соединен со вторым металлическим электродом. 10226 1 2008.02.28 2. Вертикально-освещаемый фотодиод на основе - перехода, состоящий из последовательно расположенных и контактирующих между собой первого металлического электрода, образующего омический контакт, полупроводника первого типа проводимости,полупроводника с собственной проводимостью, полупроводника второго типа проводимости и второго металлического электрода, образующего омический контакт, в котором сформировано отверстие для ввода оптического излучения, в котором сформирован дополнительный металлический электрод относительно центра отверстия на расстоянии,обеспечивающем наилучшую равномерность электрического потенциала по фоточувствительной поверхности фотодиода при подаче оптического излучения, который образует омический контакт и электрически соединен со вторым металлическим электродом. Изобретение относится к области оптоэлектроники и может быть использовано, в частности, при производстве фотодиодов большой площади с широким динамическим диапазоном для измерительной техники, волоконно-оптических систем связи и дальнометрии. Известен фотодиод 1, состоящий из прилегающих полупроводниковых слоев разных типов проводимости и металлических электродов, образующих омические контакты к полупроводникам разного типа проводимости. Данный фотодиод имеет относительно небольшой динамический диапазон. Наиболее близким техническим решением к заявляемому является вертикальноосвещаемый фотодиод с большой фоточувствительной областью 2, состоящий из последовательно расположенных и контактирующих между собой по всей поверхности первого металлического электрода, образующего омический контакт, полупроводника первого типа проводимости, полупроводника второго типа проводимости и второго металлического электрода, образующего омический контакт, в центре которого сформировано отверстие для ввода оптического излучения. Данный фотодиод имеет относительно небольшой динамический диапазон. Известен фотодиод 1, состоящий из полупроводникового слоя собственной проводимости, прилегающих к нему полупроводниковых слоев разных типов проводимости и металлических электродов, образующих омические контакты к полупроводникам разного типа проводимости. Данный фотодиод имеет относительно небольшой динамический диапазон. Наиболее близким техническим решением к заявляемому является вертикальноосвещаемый фотодиод с большой фоточувствительной областью 2, состоящий из последовательно расположенных и контактирующих между собой по всей поверхности первого металлического электрода, образующего омический контакт, полупроводника первого типа проводимости, полупроводника с собственной проводимостью, полупроводника второго типа проводимости и второго металлического электрода, образующего омический контакт, в центре которого сформировано отверстие для ввода оптического излучения. Данный фотодиод имеет относительно небольшой динамический диапазон. Техническая задача изобретения - увеличение динамического диапазона вертикальноосвещаемого фотодиода на основе - перехода с большой фоточувствительной областью. Вертикально-освещаемый фотодиод на основе - перехода, состоящий из последовательно расположенных и контактирующих между собой первого металлического электрода,образующего омический контакт, полупроводника первого типа проводимости, полупроводника второго типа проводимости и второго металлического электрода, образующего омический контакт, в котором сформировано отверстие для ввода оптического излучения, в котором сформирован дополнительный металлический электрод относительно центра отверстия на расстоянии, обеспечивающем наилучшую равномерность электрического потенциала по фоточувствительной поверхности фотодиода при подаче оптического излучения, который образует омический контакт и электрически соединен со вторым металлическим электродом. 2 10226 1 2008.02.28 Вертикально-освещаемый фотодиод на основе - перехода, состоящий из последовательно расположенных и контактирующих между собой первого металлического электрода, образующего омический контакт, полупроводника первого типа проводимости,полупроводника с собственной проводимостью, полупроводника второго типа проводимости и второго металлического электрода, образующего омический контакт, в котором сформировано отверстие для ввода оптического излучения, в котором сформирован дополнительный металлический электрод относительно центра отверстия на расстоянии,обеспечивающем наилучшую равномерность электрического потенциала по фоточувствительной поверхности фотодиода при подаче оптического излучения, который образует омический контакт и электрически соединен со вторым металлическим электродом. Совокупность указанных признаков приводит к увеличению внутреннего электрического поля в области - перехода при подаче на фотодиод оптического излучения, что позволяет повысить значение критической мощности оптического излучения фотодиода практически без уменьшения его чувствительности, и тем самым увеличить динамический диапазон. Сущность изобретения поясняется фиг. 1, фиг. 2 и фиг. 3, где изображен поперечный разрез и вид сверху вертикально-освещаемого фотодиода на основе - перехода с большой фоточувствительной площадью, где 1 - первый металлический электрод 2 - полупроводник первого типа проводимости 3 - полупроводник с собственной проводимостью 4 - полупроводник второго типа проводимости 5 - второй металлический электрод кольцевой формы 6 - отверстие 7 - дополнительный металлический электрод формы 8 - металлический полосок. Вертикально-освещаемый фотодиод на основе - перехода с большой фоточувствительной площадью (фиг. 1) состоит из полупроводника первого типа проводимости 2, к которому прилегает и контактирует по всей поверхности полупроводник второго типа проводимости 4. На внешней стороне полупроводника первого типа проводимости 2 сформирован первый металлический электрод 1, образующий с ним омический контакт. На внешней стороне полупроводника второго типа проводимости 4 сформирован второй металлический электрод 5,образующий с ним омический контакт. Во втором металлическом электроде 5 сформировано отверстие 6 для ввода оптического излучения в область - перехода фотодиода. В отверстии 6 сформирован дополнительный узкий металлический электрод 7, образующий омический контакт с полупроводником второго типа проводимости 4 и электрически соединенный со вторым металлическим электродом 5 металлическим полоском 8. Вертикально-освещаемый фотодиод на основе - перехода с большой фоточувствительной площадью (фиг. 2) состоит из полупроводника первого типа проводимости 2, к которому прилегает и контактирует по всей поверхности полупроводник с собственным типом проводимости 3, к которому прилегает и контактирует по всей поверхности полупроводник второго типа проводимости 4. На внешней стороне полупроводника первого типа проводимости 2 сформирован первый металлический электрод 1, образующий с ним омический контакт. На внешней стороне полупроводника второго типа проводимости 4 сформирован второй металлический электрод 5, образующий с ним омический контакт. Во втором металлическом электроде 5 сформировано отверстие 6 для ввода оптического излучения в область - перехода фотодиода. В отверстии 6 сформирован дополнительный узкий металлический электрод 7, образующий омический контакт с полупроводником второго типа проводимости 4 и электрически соединенный со вторым металлическим электродом 5 металлическим полоском 8. Вертикально-освещаемый фотодиод на основе - перехода с большой фоточувствительной площадью работает следующим образом. Оптическое излучение подается через 3 10226 1 2008.02.28 отверстие 6 в область - перехода фотодиода. При собственном поглощении оптического излучения в объеме полупроводника генерируются фотоносители, которые разносятся электрическим полем пространственного заряда - перехода, вследствие чего в фотодиоде протекает фототок. Если узкий дополнительный металлический электрод 7 занимает незначительную площадь фоточувствительной области, то чувствительность фотодиода практически не уменьшается. При этом при подаче оптического излучения сформированный узкий дополнительный металлический электрод 7 приводит к увеличению внутреннего электрического поля - перехода, что увеличивает значение критической мощности принимаемого фотодиодом оптического излучения и соответственно увеличивает его динамический диапазон. Пример конкретного выполнения вертикально-освещаемого фотодиода на основе перехода с большой фоточувствительной площадью, работающего в диапазоне длин волн оптического излучения 1,01,6 мкм, и диаметром активной поверхности 1000 мкм. В качестве полупроводника первого типа проводимости 2 берется полупроводник- толщиной 400 мкм с концентрацией донорной примеси 21018 см-3. Методом газофазной эпитаксии на полупроводнике первого типа проводимости 2 последовательно выращиваются поглощающий полупроводник с собственной проводимостью 3, в качестве которого берется нелегированный поглощающий полупроводник -0,530,47 толщиной 2 мкм с концентрацией остаточной донорной примеси 51014 см-3, полупроводник второго типа проводимости 4, в качестве которого берется полупроводник - толщиной 1,5 мкм с концентрацией акцепторной примеси 2-1018 см-3. Методом вакуумного напыления и фотолитографии на полупроводнике второго типа проводимости 4 формируются второй металлический электрод 5 из сплавадиаметром 915 мкм и шириной 55 мкм и дополнительный металлический электрод 7 из сплавадиаметром 300 мкм и толщиной 5 мкм, соединенные между собой металлическим полоском 8 из сплаватолщиной 5 мкм, образующие на внешней поверхности полупроводника второго типа проводимости 4 омический контакт. Затем на внешней стороне полупроводника первого типа проводимости 2 методом вакуумного напыления формируется первый металлический электрод 1 из сплава , образующий с ним омический контакт. Источники информации 1.- .4,390,889,28, 1983. 2..5,910,014,8, 1999. Фиг. 3 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4