Вертикально-освещаемый планарный лавинный фотодиод

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ(71) Заявитель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(72) Авторы Василевский Юрий Георгиевич Малышев Сергей Александрович Чиж Александр Леонидович(73) Патентообладатель Государственное научное учреждение Институт физики имени Б.И.Степанова Национальной академии наук Беларуси(57) Вертикально-освещаемый планарный лавинный фотодиод, состоящий из последовательно расположенных и контактирующих между собой по всей поверхности первого металлического электрода, образующего омический контакт с первым полупроводником первого типа проводимости, первого полупроводника с собственной проводимостью, второго полупроводника первого типа проводимости, второго полупроводника с собственной проводимостью, полупроводника второго типа проводимости, третьего полупроводника с собственной проводимостью, в котором для получения - перехода сформирована диффузионная область второго типа проводимости, и образующего омический контакт к диффузионной области второго типа проводимости второго металлического электрода, в центре которого сформировано отверстие для ввода оптического излучения, отличающийся тем, что полупроводник второго типа проводимости имеет плотность заряда больше, чем плотность заряда второго полупроводника первого типа проводимости.(56) 1./5 179 430. - 1993. 2./6 359 322. - 2002 (прототип). Полезная модель относится к области оптоэлектроники и может быть использована, в частности, при производстве планарных лавинных фотодиодов для измерительной техники, волоконно-оптических систем связи и дальнометрии. Известен планарный лавинный фотодиод 1, состоящий из последовательно расположенных и контактирующих между собой по всей поверхности полупроводников различных типов проводимости и двух металлических электродов, образующих омические контакты к полупроводникам разного типа проводимости. Данный планарный лавинный фотодиод имеет высокую неравномерность чувствительности по фоточувствительной поверхности, связанную с неравномерным распределением напряженности электрического поля по рабочей площади - перехода из-за его кривизны, что приводит к развитию краевого лавинного пробоя - перехода. Наиболее близким техническим решением к заявляемому является вертикальноосвещаемый планарный лавинный фотодиод 2, состоящий из последовательно расположенных и контактирующих между собой по всей поверхности первого металлического электрода, образующего омический контакт к первому полупроводнику первого типа проводимости, первого полупроводника с собственной проводимостью, второго полупроводника первого типа проводимости, второго полупроводника с собственной проводимостью,полупроводника второго типа проводимости, третьего полупроводника с собственной проводимостью, в котором для получения - перехода сформирована диффузионная область второго типа проводимости, и образующего омический контакт к диффузионной области второго типа проводимости второго металлического электрода, в центре которого сформировано отверстие для ввода оптического излучения. В данном планарном лавинном фотодиоде имеет место краевой лавинный пробой, в результате чего проявляется неравномерность чувствительности по фоточувствительной поверхности. Техническая задача полезной модели - устранение связанной с краевым лавинным пробоем неравномерности чувствительности лавинного фотодиода по фоточувствительной поверхности. Техническая задача решается тем, что в вертикально-освещаемом планарном лавинном фотодиоде, состоящем из последовательно расположенных и контактирующих между собой по всей поверхности первого металлического электрода, образующего омический контакт с первым полупроводником первого типа проводимости, первого полупроводника с собственной проводимостью, второго полупроводника первого типа проводимости, второго полупроводника с собственной проводимостью, полупроводника второго типа проводимости, третьего полупроводника с собственной проводимостью, в котором для получения - перехода сформирована диффузионная область второго типа проводимости, и образующего омический контакт к диффузионной области второго типа проводимости второго металлического электрода, в центре которого сформировано отверстие для ввода оптического излучения, полупроводник второго типа проводимости имеет плотность заряда больше, чем плотность заряда второго полупроводника первого типа проводимости. Совокупность указанных признаков приводит к изменению последовательности обеднения полупроводников, так как при подаче на фотодиод обратного напряжения смещения область пространственного заряда распространится на первый полупроводник с собственной проводимостью раньше, чем на третий полупроводник с собственной прово 2 59082010.02.28 димостью, в результате в лавинном режиме работы фотодиода напряженность внутреннего электрического поля в - переходе изменится незначительно, что, в свою очередь, устранит неравномерность чувствительности лавинного фотодиода по фоточувствительной поверхности, вызванную краевым лавинным пробоем. Сущность полезной модели поясняется фиг.1, на которой изображн поперечный разрез вертикально-освещаемого планарного лавинного фотодиода, где 1 - первый металлический электрод 2 - первый полупроводник первого типа проводимости 3 - первый полупроводник с собственной проводимостью 4 - второй полупроводник первого типа проводимости 5 - второй полупроводник с собственной проводимостью 6 - полупроводник второго типа проводимости 7 - третий полупроводник с собственной проводимостью 8 - диффузионная область второго типа проводимости 9 - второй металлический электрод 10 - отверстие для ввода оптического излучения. Вертикально-освещаемый планарный лавинный фотодиод состоит из последовательно расположенных и контактирующих между собой по всей поверхности первого полупроводника первого типа проводимости 2, первого полупроводника с собственной проводимостью 3, второго полупроводника первого типа проводимости 4, второго полупроводника с собственной проводимостью 5, полупроводника второго типа проводимости 6 и третьего полупроводника с собственной проводимостью 7, в котором для полученияперехода сформирована диффузионная область второго типа проводимости 8. На внешней стороне первого полупроводника первого типа проводимости 2 сформирован первый металлический электрод 1, образующий с ним омический контакт. К диффузионной области второго типа проводимости 8 сформирован второй металлический электрод 9, образующий с ней омический контакт. Во втором металлическом электроде 9 сформировано отверстие 10 для ввода оптического излучения в область - перехода лавинного фотодиода, который образован диффузионной областью второго типа проводимости 8 и третьим полупроводником с собственной проводимостью 7. Вертикально-освещаемый планарный лавинный фотодиод работает следующим образом. Оптическое излучение подается через отверстие для ввода оптического излучения 10 в область - перехода лавинного фотодиода. При собственном поглощении оптического излучения в объеме первого полупроводника с собственной проводимостью 3 генерируются фотоносители, которые разделяются электрическим полем, возникшим в указанном полупроводнике 3 под воздействием приложенного напряжения смещения. Наличие второго полупроводника первого типа проводимости 4 и полупроводника второго типа проводимости 6 приводит к тому, что приложенное напряжение смещения распределяется таким образом, что напряженность внутреннего электрического поля во втором полупроводнике с собственной проводимостью 5 имеет максимальную величину, достаточную для возникновения в указанном полупроводнике 5 ударной ионизации носителей заряда,вследствие чего в лавинном фотодиоде происходит умножение фототока. Если при увеличении обратного напряжения смещения первый полупроводник с собственной проводимостью 3 обедняется раньше, чем третий полупроводник с собственной проводимостью 7, то электрическое поле в центре и на краю - перехода в лавинном режиме работы фотодиода практически не меняется и, следовательно, распределение чувствительности по фоточувствительной поверхности остается однородным. Соответствующий порядок распространения внутреннего электрического поля вертикально-освещаемого планарного лавинного фотодиода показан на фиг. 2. 59082010.02.28 Пример конкретного выполнения вертикально-освещаемого планарного лавинного фотодиода, работающего в диапазоне длин волн оптического излучения от 1,0 до 1,6 мкм и с диаметром активной поверхности 300 мкм. В качестве полупроводника первого типа проводимости 2 берется полупроводник - толщиной 400 мкм с концентрацией донорной примеси 2,51018 см-3. Методом газофазной эпитаксии на полупроводнике первого типа проводимости 2 последовательно выращиваются первый полупроводник с собственной проводимостью 3, в качестве которого берется нелегированный поглощающий полупроводник 0-0,530,47 толщиной 2 мкм с концентрацией остаточной донорной примеси 51014 см-3, выступающий в роли поглощающего слоя полупроводник первого типа проводимости 4, в качестве которого берется варизонный полупроводник с плотностью заряда 21012 см-2 второй полупроводник с собственной проводимостью 5, в качестве которого берется нелегированный полупроводник 0- толщиной 0,7 мкм с концентрацией остаточной донорной примеси 51014 см-3, выступающий в роли слоя умножения полупроводник второго типа проводимости 6, в качестве которого берется полупроводник - с плотностью заряда 31012 см-2 полупроводник с собственной проводимостью 7, в качестве которого берется нелегированный полупроводник 0 толщиной 1,6 мкм с концентрацией остаточной донорной примеси 51014 см-3. Методом диффузии цинка в фосфид индия, который является третьим полупроводником с собственной проводимостью 7, формируется диффузионная область второго типа проводимости 8 диаметром 400 мкм. Методом вакуумного напыления и фотолитографии на диффузионной области второго типа проводимости 8 формируются второй металлический электрод 9 из сплавадиаметром 350 мкм и шириной 50 мкм, образующий на внешней поверхности полупроводника с диффузионной областью второго типа проводимости 8 омический контакт 9. Затем на внешней стороне полупроводника первого типа проводимости 2 методом вакуумного напыления формируется первый металлический электрод 1 из сплава , образующий сним омический контакт. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 4