×
27.02.2016
216.014.ce4c

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НА ОСНОВЕ GaSb

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: При изготовлении фотопреобразователя согласно изобретению на тыльной стороне подложки GaSb n-типа проводимости выращивают методом эпитаксии высоколегированный контактный слой n-GaSb, а на лицевой стороне подложки - буферный слой n-GaSb. Наносят на лицевую поверхность подложки диэлектрическую пленку. Создают химическим травлением окна в диэлектрической пленке. Легируют диффузией цинка из газовой фазы в квазизамкнутом контейнере поверхностный слой структуры GaSb фотопреобразователя. Удаляют на тыльной стороне подложки p-n-переход. Осаждают тыльный и лицевой контакты и отжигают их. Разделяют структуру травлением на отдельные фотоэлементы и наносят антиотражающее покрытие. Изобретение позволяет увеличить КПД фотопреобразователей на основе GaSb при высоких плотностях падающего излучения. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 пр.

Изобретение относится к возобновляемой энергетике, а более конкретно к способам изготовления фотопреобразователей на основе соединений ΑIIIΒV.

В зависимости от применения фотопреобразователя в системах с преобразованием концентраторного солнечного или лазерного излучения в процессе эпитаксии есть возможность вырастить необходимую гетероструктуру, например, с тыльным потенциальным барьером, широкозонным окном и контактным слоем. С другой стороны, диффузионные p-n-переходы обладают встроенным электрическим полем, образованным плавным распределением примеси в процессе легирования, что позволяет увеличить коэффициент собирания носителей.

Известен способ изготовления каскадного фотопреобразователя (патент US 5091018, МПК H01L 31/052, опубликован 25.02.1992), основанный на механической стыковке GaAs- и GaSb-фотоэлементов. Способ включает нанесение на лицевую поверхность подложки GaSb n-типа маски из изолирующего материала, диффузию цинка из газовой фазы, удаление слоя р-типа проводимости с тыльной поверхности подложки и нанесение на нее металлических контактов, осаждение фронтальных контактов на лицевую поверхность подложки, утончение p-n-перехода на светочувствительных участках травлением и нанесение антиотражающего покрытия.

К недостаткам известного способа следует отнести снижение получаемого кпд при высоких уровнях засветки, т.к. структура фотоэлемента на основе GaSb оптимизирована для использования в условиях небольшой и средней (~100) кратности концентрирования солнечного излучения. К тому же при финишном утончении p-n-перехода на светочувствительных участках не исключается возможность бокового травления подконтактных областей фотоэлектрического преобразователя.

Известен способ изготовления фотопреобразователя на основе n-GaSb (см. патент CN 103474501 A, МПК H01L 25/04; H01L 31/0216, опубликован 25.12.2013), включающий нанесение на подложку n-GaSb диэлектрической маски диоксида кремния для локальной диффузии Zn, проведение диффузии в GaSb из ZnGa сплава в атмосфере аргона при давлении 5-10 Па около 3 часов при температуре 450-500°C, удаление тыльного p-n-перехода, нанесение тыльного и лицевого контактов, разделительное травление структуры на чипы и нанесение антиотражающего покрытия из нитрида кремния.

К недостаткам известного способа изготовления фотоэлектрического преобразователя можно отнести длительность процесса легирования, а также использование неоптимального антиотражающего покрытия из нитрида кремния.

Известен способ изготовления фотопреобразователя на основе GaSb (см. патент RU 2437186, H01L 31/18, В82В 3/00, опубликован 20.12.2011), совпадающий с заявляемым техническим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип. Способ включает нанесение на периферийную область подложки из n-GaSb диэлектрической маски, формирование на участках фронтальной поверхности подложки, не защищенных диэлектрической маской, высоколегированного слоя р-типа проводимости диффузией цинка из газовой фазы при температуре 450-490ºC, удаление с тыльной стороны подложки образовавшегося в результате диффузии слоя p-GaSb и формирование тыльного контакта. Затем проводят очистку фронтальной поверхности подложки методом ионно-лучевого травления на глубину 5-30 нм и формирование на ней маски фоторезиста, формирование омического контакта, удаление маски фоторезиста, разделительное травление структуры на отдельные фотоэлементы и нанесение антиотражающего покрытия.

Недостатком данного способа изготовления фотопреобразователя является недостаточно высокая эффективность преобразования излучения при высоких плотностях падающего излучения.

Задачей настоящего изобретения являлась разработка такого способа изготовления фотопреобразователя на основе GaSb, который бы обеспечивал получение фотопреобразователей, имеющих более высокую эффективность преобразования солнечного, инфракрасного и лазерного излучения при его большой плотности в диапазоне фоточувствительности 0,5-1,8 мкм.

Поставленная задача решается тем, что способ изготовления фотопреобразователя на основе GaSb включает эпитаксиальное выращивание на подложке GaSb n-типа проводимости тыльного высоколегированного контактного слоя n+-GaSb с концентрацией легирующей примеси Те 1018-1019 ат/см3 и буферного слоя n-GaSb с концентрацией легирующей примеси Те (1-6)∙1017 ат/см3 со стороны лицевой поверхности подложки n-GaSb; нанесение на лицевую поверхность буферного слоя n-GaSb диэлектрической маски, соответствующей топологии p-n-перехода; легирование буферного слоя n-GaSb через диэлектрическую маску диффузией цинка из газовой фазы в квазизамкнутом контейнере с образованием p-n-перехода; удаление на тыльной стороне подложки p-n перехода; формирование тыльного и фронтального омических контактов; разделительное травление структуры на отдельные фотоэлементы и нанесение антиотражающего покрытия.

Новым в настоящем способе является эпитаксиальное выращивание на тыльной стороне GaSb подложки n-типа проводимости высоколегированного контактного слоя n+-GaSb с концентрацией легирующей примеси Те 1018-1019 ат/см3 и буферного слоя n-GaSb с концентрацией легирующей примеси Те (1-6)∙1017 ат/см3 и осуществление газовой диффузии цинка в выращенный на лицевой стороне подложки GaSb эпитаксиальный буферный слой, что позволяет получать фотоэлементы с улучшенными рабочими характеристиками в диапазоне фоточувствительности 0,5-1,8 мкм.

Эпитаксиальное выращивание тыльного высоколегированного контактного слоя n+-GaSb можно проводить при начальной температуре 500ºC и конечной температуре 400ºC.

Эпитаксиальное выращивание буферного слоя n-GaSb можно проводить при начальной температуре 550ºC и конечной температуре 450ºC.

Настоящий способ поясняется чертежами, где

на фиг. 1 показан вид сверху на фотоэлектрический преобразователь, изготовленный настоящим способом;

на фиг. 2 приведен вид сбоку в разрезе по А-А фотоэлектрического преобразователя, показанного на фиг. 1.

Фотоэлектрический преобразователь (см. фиг. 1, фиг. 2) содержит полупроводниковую подложку 1 из GaSb n-типа проводимости; тыльный контактный слой 2 n+-GaSb; эпитаксиальный буферный слой 3 n-GaSb; диффузионный слой 4 р-типа проводимости (p-n-переход) p-GaSb; диэлектрическую маску 5, например, из нитрида кремния Si3N4; тыльный омический контакт 6, например, из Au(Ge)-Au; фронтальный омический контакт 7, например, из Cr-Au. На лицевую поверхность подложки нанесено антиотражающее покрытие 8, выполненное, например, из ZnS/MgF2.

Настоящий способ изготовления фотопреобразователя на основе GaSb включает эпитаксиальное выращивание на подложке 1 из GaSb n-типа проводимости, например, при начальной температуре 500ºC и конечной температуре 400ºC тыльного высоколегированного контактного слоя 2 n+-GaSb с концентрацией легирующей примеси Те 1018-1019 ат/см3, снижающего сопротивление растекания и контактное сопротивление фотопреобразователя, и эпитаксиальное выращивание при температуре 550-450ºC на лицевой поверхности подложки буферного слоя 3 n-GaSb с концентрацией легирующей примеси Те (1-6)∙1017 ат/см3, имеющего более бездефектную структуру по сравнению с подложкой 1. Эпитаксиальное выращивание может быть осуществлено методом жидкофазной эпитаксии в графитовой кассете, например, поршневого типа в кварцевом проточном реакторе в атмосфере очищенного водорода при скорости охлаждения расплава Vохл=0,3-2,0º/мин. Такие скорости охлаждения раствора-расплава позволяют контролировать толщину и состав растущего слоя, а также выращивать слои с наименьшим количеством дефектов. При скорости охлаждения расплава меньше 0,3º/мин значительно увеличивается время эпитаксиального выращивания слоя и снижается концентрация легирующей примеси. При скорости охлаждения расплава больше 2,0º/мин увеличивается вероятность образования дефектов в процессе роста. При концентрации легирующей примеси Те в контактном слое 2 n+-GaSb меньше 1018 ат/см3 увеличивается сопротивление растекания и контактное сопротивление при создании омического контакта 6. В качестве легирующей примеси при выращивании n-GaSb и n+-GaSb эпитаксиальных слоев 2, 3 выбрали теллур, поскольку он является мелким акцептором. При концентрации легирующей примеси Те в контактном слое 2 больше 1019 ат/см3 увеличивается вероятность образования дефектов в процессе роста и снижается подвижность носителей тока. При концентрации легирующей примеси Те в буферном слое 3 n-GaSb меньше 1017 ат/см3 увеличивается вероятность образования p-GaSb, поскольку нелегированные кристаллы GaSb имеют электропроводность р-типа. При концентрации легирующей примеси Те в буферном слое 3 n-GaSb больше 6∙1017 ат/см3 увеличиваются токи утечки, что приводит к снижению напряжения холостого хода. В качестве металла-растворителя при эпитаксиальном выращивании из жидкой фазы GaSb используют галлий. Выращивание эпитаксиальных слоев 2, 3 может быть осуществлено также методом молекулярно-пучковой эпитаксии, или методом газофазной эпитаксии, или иным методом эпитаксиального выращивания. Далее наносят со стороны лицевой поверхности подложки 1 диэлектрическую маску 5, соответствующую топологии p-n-перехода, например, из оксида кремния SiO2 или нитрида кремния Si3N4. Легируют через диэлектрическую маску 5 буферный слой 3 n-GaSb диффузией цинка из газовой фазы в квазизамкнутом контейнере с образованием р-n-перехода. В качестве газовой фазы при диффузионном легировании можно использовать водород для предотвращения окисления подложки. Источником диффузии может быть чистый цинк, который при температуре выше 350ºC начинает активно испаряться и переходить в газовую фазу. Диффузию цинка можно проводить в квазизамкнутом контейнере в интервале температур 450-550ºC. При использовании низкотемпературной диффузии при использовании в качестве легирующей примеси Zn снижается вероятность появления структурных дефектов в буферном слое 3 GaSb. При этом при локальном легировании через диэлектрическую маску 5 p-n-переход не выходит на боковую поверхность структуры (см. фиг. 2). Затем удаляют на тыльной стороне подложки 1 p-n-переход, формируют тыльный и фронтальный омические контакты 6, 7 с последующим их отжигом. Тыльный омический контакт 6 можно создавать последовательным напылением слоя из сплава Au(Ge) и слоя Au. Отжиг осажденного тыльного контакта 6 в атмосфере водорода предпочтительно проводить при температуре 220-250ºC. Фронтальный омический контакт 7 можно создавать последовательным нанесением Cr и Au. Отжиг осажденного фронтального омического контакта 7 в атмосфере водорода предпочтительно проводить при температуре 200-220ºC. Может быть проведена дополнительная металлизация фронтального омического контакта 7 гальваническим осаждением через маску из фоторезиста при одновременном гальваническом осаждении золота на тыльную поверхность. Далее проводят разделительное травление структуры на отдельные фотоэлементы и наносят антиотражающее покрытие 8, например, из слоя сульфида цинка ZnS, покрытого слоем дифторида магния MgF2.

Пример 1. Изготавливали фотопреобразователь на основе GaSb. Выращивали на монокристаллической подложке антимонида галлия n-типа проводимости методом жидкофазной эпитаксии тыльный контактный слой n+-GaSb толщиной 10 мкм при начальной температуре 450°C и конечной температуре 400ºC, на лицевой поверхности подложки выращивали буферный слой n-GaSb толщиной 20 мкм при начальной температуре 550ºC. Скорость охлаждения составляла 1,5º/мин. Процесс проводили в кварцевом проточном реакторе в атмосфере очищенного водорода в графитовой кассете поршневого типа. Для обеспечения локальности диффузионного процесса сформировали защитную маску на поверхности структуры GaSb. Для этого методом плазмохимического осаждения наносили диэлектрическую пленку Si3N4, в которой при помощи техники фотолитографии вскрывали окна под светочувствительную поверхность подложки и производили их травление. Проводили газовую диффузию цинка в квазизамкнутом контейнере в атмосфере водорода при температуре 450-470ºC в течение 40 минут для создания р-n-перехода. Затем удаляли тыльный p-n-переход с помощью механической шлифовки, осаждали тыльный омический контакт методом термического вакуумного испарения и отжигали его в атмосфере водорода. Создавали маску из фоторезиста посредством фотолитографии для формирования фронтального омического контакта, осаждали его методом термического вакуумного испарения, удаляли фоторезист с помощью техники взрывной фотолитографии и отжигали фронтальный омический контакт в атмосфере водорода. Создавали маску из фоторезиста посредством фотолитографии для гальванического осаждения золота на фронтальную поверхность и проводили это осаждение. Одновременно проводилось гальваническое осаждение золота на тыльную поверхность. Проводили процесс фотолитографии с целью разделительного травления структуры на чипы и самотравление. На светочувствительной поверхности структуры осаждали антиотражающее покрытие (ZnS/MgF2).

Использование в настоящем способе преимуществ эпитаксиального и диффузионного методов изготовления приборных структур позволяет получать фотопреобразователи с улучшенными значениями рабочих характеристик.


СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НА ОСНОВЕ GaSb
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ФОТОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НА ОСНОВЕ GaSb
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 91-100 of 119 items.
03.08.2019
№219.017.bbdf

Оптоволоконный фотоэлектрический преобразователь лазерного излучения

Изобретение относится к оптоэлектронике и фотоэнергетике и может быть использовано для создания оптоволоконных систем передачи энергии по лазерному лучу. Заявленный оптоволоконный фотоэлектрический преобразователь лазерного излучения включает оптически последовательно соединенные лазер,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002696355
Дата охранного документа: 01.08.2019
02.10.2019
№219.017.cbc1

Способ формирования каталитического слоя твердополимерного топливного элемента

Изобретение относится к способу формирования каталитического слоя твердополимерного топливного элемента. Согласно изобретению способ включает обработку углеродных нановолокон в растворе сильной неорганической кислоты, отфильтровывание обработанных углеродных нановолокон, их промывку и сушку,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002701549
Дата охранного документа: 30.09.2019
04.10.2019
№219.017.d20f

Полупроводниковая структура многопереходного фотопреобразователя

Изобретение относится к электронной технике, а именно к полупроводниковым многопереходным фотоэлектрическим преобразователям мощного оптического излучения с соединительными туннельными диодами. Полупроводниковая структура многопереходного фотопреобразователя содержит верхнюю субструктуру (1),...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002701873
Дата охранного документа: 02.10.2019
12.10.2019
№219.017.d4b4

Устройство для регистрации оптических параметров жидкого аналита

Изобретение относится к области анализа материалов с помощью оптических средств, а более конкретно - к устройствам для определения изменений в жидкой среде путем измерения ее оптических параметров, и может быть использовано в диагностике патологий живых организмов, состояния природных объектов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002702519
Дата охранного документа: 09.10.2019
24.10.2019
№219.017.d9de

Способ изготовления вертикально-излучающего лазера с внутрирезонаторными контактами и диэлектрическим зеркалом

Изобретение относится к технике полупроводников. Способ изготовления вертикально-излучающего лазера с внутрирезонаторными контактами и диэлектрическим зеркалом включает последовательное эпитаксиальное выращивание на полуизолирующей подложке из GaAs полупроводниковой гетероструктуры, содержащей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002703938
Дата охранного документа: 22.10.2019
24.10.2019
№219.017.d9ee

Длинноволновый вертикально-излучающий лазер с внутрирезонаторными контактами

Изобретение относится к электронной технике. Длинноволновый вертикально-излучающий лазер включает полуизолирующую подложку из GaAs, нижний нелегированный распределенный брэгговский отражатель (РБО), внутрирезонаторный контактный слой n-типа, композиционную решетку n-типа, содержащую по меньшей...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002703922
Дата охранного документа: 22.10.2019
26.10.2019
№219.017.db2d

Вертикально-излучающий лазер с внутрирезонаторными контактами и диэлектрическим зеркалом

Изобретение относится к технике полупроводников. Полупроводниковый вертикально-излучающий лазер с внутрирезонаторными контактами содержит полуизолирующую подложку (1) из GaAs, нижний нелегированный РБО (2), внутрирезонаторный контактный слой (3) n-типа, композиционную решетку (5) n-типа,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002704214
Дата охранного документа: 24.10.2019
25.12.2019
№219.017.f1de

Источник спонтанного ультрафиолетового излучения с длиной волны менее 250 нм

Изобретение может быть использовано в системах очистки воды/воздуха/продуктов, системах химического анализа, медицине, УФ спектрометрии, системах скрытой помехоустойчивой оптической связи и др. Источник спонтанного ультрафиолетового излучения с длиной волны менее 250 нм включает подложку (1)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002709999
Дата охранного документа: 23.12.2019
31.12.2020
№219.017.f458

Способ изготовления фотоэлектрического преобразователя на основе gasb

Изобретение относится к способам изготовления фотоэлектрических преобразователей на основе GaSb, применяемых в солнечных элементах, термофотоэлектрических генераторах, в системах с расщеплением спектра солнечного излучения, в преобразователях лазерного излучения. Во всех перечисленных случаях...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002710605
Дата охранного документа: 30.12.2019
17.01.2020
№220.017.f630

Высокочастотный спектрометр электронного парамагнитного резонанса

Использование: для создания высокочастотного спектрометра электронного парамагнитного резонанса. Сущность изобретения заключается в том, что высокочастотный спектрометр электронного парамагнитного резонанса включает микроволновый блок, содержащий управляемый напряжением высокочастотный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002711228
Дата охранного документа: 15.01.2020
Showing 91-100 of 104 items.
09.06.2019
№219.017.7d2a

Способ изготовления наноструктурного омического контакта фотоэлектрического преобразователя

Изобретение относится к технологии изготовления полупроводниковых приборов. Сущность изобретения: в способ изготовления наноструктурного омического контакта проводят предварительную очистку поверхности GaSb р-типа проводимости ионно-плазменным травлением на глубину 5-30 нм с последующим...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002426194
Дата охранного документа: 10.08.2011
09.06.2019
№219.017.7d72

Способ формирования контакта для наногетероструктуры фотоэлектрического преобразователя на основе арсенида галлия

Изобретение относится к области создания полупроводниковых приборов, чувствительных к излучению, и может использоваться в технологиях по изготовлению омических контактных систем к фотоэлектрическим преобразователям (ФЭП) с высокими эксплуатационными характеристиками, и, в частности, изобретение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002428766
Дата охранного документа: 10.09.2011
03.08.2019
№219.017.bbdf

Оптоволоконный фотоэлектрический преобразователь лазерного излучения

Изобретение относится к оптоэлектронике и фотоэнергетике и может быть использовано для создания оптоволоконных систем передачи энергии по лазерному лучу. Заявленный оптоволоконный фотоэлектрический преобразователь лазерного излучения включает оптически последовательно соединенные лазер,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002696355
Дата охранного документа: 01.08.2019
04.10.2019
№219.017.d20f

Полупроводниковая структура многопереходного фотопреобразователя

Изобретение относится к электронной технике, а именно к полупроводниковым многопереходным фотоэлектрическим преобразователям мощного оптического излучения с соединительными туннельными диодами. Полупроводниковая структура многопереходного фотопреобразователя содержит верхнюю субструктуру (1),...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002701873
Дата охранного документа: 02.10.2019
31.12.2020
№219.017.f458

Способ изготовления фотоэлектрического преобразователя на основе gasb

Изобретение относится к способам изготовления фотоэлектрических преобразователей на основе GaSb, применяемых в солнечных элементах, термофотоэлектрических генераторах, в системах с расщеплением спектра солнечного излучения, в преобразователях лазерного излучения. Во всех перечисленных случаях...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002710605
Дата охранного документа: 30.12.2019
06.03.2020
№220.018.098f

Установка слежения за солнцем и способ ее ориентации

Установка слежения за Солнцем включает промежуточную раму в виде круглой цилиндрической балки (1), установленную с возможностью вращения посредством первых цилиндрических шарниров (2), (5) на двух стойках (3), (6), прикрепленных к основанию (4), раму (13) солнечных панелей, прикрепленную с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002715901
Дата охранного документа: 04.03.2020
29.05.2020
№220.018.218c

Радиофотонный оптоволоконный модуль

Изобретение относится к радиофотонике. Радиофотонный оптоволоконный модуль включает лазерный источник оптического сигнала СВЧ импульсов, две сборки последовательно соединенных СВЧ фотодетекторов и три оптических разветвителя, вторичные оптоволокна первого оптического разветвителя оптически...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002722085
Дата охранного документа: 26.05.2020
12.04.2023
№223.018.43a0

Гетероструктурный инфракрасный светоизлучающий диод

Изобретение относится к электронной технике, в частности к полупроводниковым приборам, и может быть использовано при разработке и изготовлении светоизлучающих диодов и различных устройств на их основе. Гетероструктурный инфракрасный светоизлучающий диод включает подложку-носитель с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002793618
Дата охранного документа: 04.04.2023
16.05.2023
№223.018.606e

Концентраторная солнечная энергетическая установка

Концентраторная солнечная энергетическая установка содержит основание (1) с размещенной на нем солнечной батареей (2), набранной из рядов концентраторных фотоэлектрических модулей (3) с корпусами (4) прямоугольной или квадратной формы с отбортовками (5) для прикрепления силиконом-герметиком (6)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002740437
Дата охранного документа: 14.01.2021
16.05.2023
№223.018.606f

Концентраторная солнечная энергетическая установка

Концентраторная солнечная энергетическая установка содержит основание (1) с размещенной на нем солнечной батареей (2), набранной из рядов концентраторных фотоэлектрических модулей (3) с корпусами (4) прямоугольной или квадратной формы с отбортовками (5) для прикрепления силиконом-герметиком (6)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002740437
Дата охранного документа: 14.01.2021
+ добавить свой РИД