Способ изготовления фотопреобразователя

Способ изготовления фотопреобразователя

Реферат

Изобретение относится к области электрического оборудования, в частности к полупроводниковым приборам, а именно к способам получения трехкаскадных преобразователей.

Известен способ селективного стравливания контактного слоя n⁺GaAs гетероструктуры GaAs/Al_0,2Ga_0,8As в подзатворной области полевых транзисторов (см. Highly Selective GaAs/Al_0,8Ga_0,8As Gate Recess of Low-Voltage-Power Pseudomorphic High-Electron-Mobility Transistor, Jpn. J. Appl. Phys. v.39 (2000), р. 1, №8, стр. 4699-4703), в котором используется водный раствор лимонной кислоты, лимонно-кислого калия и перекиси водорода. С увеличением концентрации лимонно-кислого калия селективность травителя возрастает благодаря процессу гидролиза, при этом возникающие гидрооксиды способствуют образованию труднорастворимых окислов на слое Al_0,2Ga_0,8As.

Недостаток данного способа применительно к производству фотопреобразователей на трехкаскадных структурах Ga(In)As/GaInP/Ga(In)As/Ge - высокая чувствительность травителя к поверхностным загрязнениям и окисным пленкам, возникающим при выполнении операций нанесения и снятия фоторезиста, отжига контактов. В результате при стравливании контактного слоя n⁺Ga(In)As по маске фронтальной металлизации остаются островки не удаляемых пленок, что снижает фотоактивную площадь прибора.

Признак, общий с предлагаемым способом, следующий: удаление n⁺Ga(In)As контактного слоя структуры.

Известен способ изготовления чипов многослойных фотопреобразователей (см. патент России №2368038, опубл. 20.09.2009 г.), принятый за прототип, в котором формируют контактную металлизацию на фронтальной и тыльной поверхностях многослойной полупроводниковой структуры Ga(In)As/GaInP/Ga(In)As/Ge, выращенной на германиевой подложке.

При этом на фронтальную поверхность структуры напыляют основу омического контакта толщиной 0,2÷0,4 мкм, состоящую из последовательно расположенных слоя сплава, содержащего золото 90 масс.% и германий 10 масс.%, слоев никеля и золота. Вжигают основу омических контактов при температуре 360÷370°С. Далее утолщают фронтальный и тыльный контакты электрохимическим осаждением последовательно слоев золота, никеля и золота общей толщиной 1,6÷3,5 мкм. Затем вытравливают мезу; удаляют n⁺Ga(In)As контактный слой структуры по маске фронтальной металлизации для открытия светочувствительной поверхности солнечного элемента. Травление проводят последовательно в две стадии: на первой стадии осуществляют удаление окислов с поверхности структуры в аммиачно-перекисном травителе, на второй стадии осуществляют полное стравливание контактного n⁺Ga(In)As слоя в растворе лимонной кислоты и перекиси водорода. Далее напыляют антиотражающее покрытие.

Недостаток вышеуказанного способа заключается в том, что при изготовлении фотопреобразователей с фронтальными контактами на основе серебра, например, Cr/Au-Ge/Ag/Au травление контактного слоя структуры в аммиачно-перекисном растворе сопровождается подтравливанием слоя серебра, увеличением электрического сопротивления узких полос токосъемной металлизации. Кроме того, пластины после операции нанесения и удаления фоторезиста, в том числе «взрыва» негативного фоторезиста, отжига контактов травятся в растворах, указанных в прототипе, неоднородно, что видимо связано с поверхностными загрязнениями технологического характера. По периферии пластины остаются нестравливаемые зоны. Неоднородность скорости травления по площади пластины негативно сказывается на параметрах фотопреобразователя из-за локального перетрава слоя широкозонного «оптического окна» AlInP. Неконтролируемый подтрав контактного n⁺Ga(In)As слоя структуры под маской металлизации приводит к нарушению адгезии.

Признаки прототипа, общие с предлагаемым способом следующие: формирование контактной металлизации на фронтальной и тыльной поверхностях многослойной полупроводниковой структуры Ga(In)As/GaInP/Ga(In)As/Ge, выращенной на германиевой подложке, вжигание контактов, вытравливание мезы, удаление контактного слоя структуры, напыление антиотражающего покрытия.

Технический результат, достигаемый в предложенном способе изготовления фотопреобразователя заключается в улучшении однородности и воспроизводимости стравливания контактного слоя структуры, повышении фотоэлектрических параметров.

Достигается это тем, что формируют контактную металлизацию на фронтальной и тыльной поверхностях многослойной полупроводниковой структуры Ga(In)As/GaInP/Ga(In)As/Ge, выращенной на германиевой подложке, вжигают контакты, вытравливают мезу, удаляют контактный слой структуры химикодинамическим травлением в водном растворе гидроокиси тетраметиламмония и перекиси водорода при количественном соотношении компонентов, соответственно в масс.%:

- гидроокись тетраметиламмония 0,7÷1,3

- перекись водорода 6,5÷17,7

- вода 92,8÷81.

Отличительные признаки предлагаемого способа изготовления фотопреобразователя, обеспечивающие его соответствии критерию «новизна», следующие:

- удаление контактного слоя структуры химикодинамическим травлением в водном растворе гидроокиси тетраметиламмония и перекиси водорода при следующем соотношении компонентов, масс.%: гидроокись тетраметиламмония - 0,7÷1,3; перекись водорода - 6,5÷17,7; вода - 92,8÷81.

Для обоснования соответствия предлагаемого способа изготовления фотопреобразователя критерию «изобретательский уровень» был проведен анализ известных решений по литературным источникам, в результате которого не обнаружено технических решений, содержащих совокупность известных и отличительных признаков предлагаемого способа, дающих вышеуказанный технический результат. Поэтому, по мнению авторов, предлагаемый способ изготовления фотопреобразователя соответствует критерию «изобретательский уровень».

Предложенный способ изготовления фотопреобразователя обеспечивает однородное полное стравливание контактного n⁺Ga(In)As слоя структуры даже при наличие технологических загрязнений на поверхности пластины. Предложенный травитель не воздействует на серебряную составляющую фронтальной металлизации, в результате чего сохраняется необходимая электропроводность токосъемных полос.

Химико-динамическое травление обеспечивает удаление газовых пузырьков и продуктов реакции с поверхности пластины. Однородное травление по площади пластины исключает неконтролируемый подтрав контактного n⁺Ga(In)As слоя под маской металлизации. К предложенному травителю химически устойчив последующий широкозонный слой «оптического окна» AlInP. В результате улучшаются фотоэлектрические параметры фотопреобразователя.

Для конкретного примера реализации способа используют трехкаскадные структуры Ga(In)As/GaInP/Ga(In)As/Ge, выращенные на германиевой подложке диаметром ⌀100 мм.

Создают фоторезистивную маску с рисунком окон лицевых контактов и встроенного диода на установке Lithofab, при этом используют негативный фоторезист Aznlof2070. Затем вытравливают диодные площадки методом капельного травления; формируют фронтальную металлизацию на основе серебра Cr/Au-Ge/Ag/Au с толщинами слоев 7 нм/70 нм/6 мкм/50 нм соответственно напылением на установке ВАК 761 и последующим «взрывом» фоторезиста в органическом растворителе. Создают фоторезистивную маску с рисунком окон по периметру активных областей фотопреобразователя и диода, при этом используют фоторезист ФП 9120-2. Далее вытравливают мезу для электрической изоляции активных областей; удаляют фоторезист; напыляют сплошной слой тыльной металлизации Cr/Au/Ag/Au с толщинами слоев 10 нм/30 нм/6 мкм/50 нм соответственно. Далее вжигают контакты для снижения переходного сопротивления на установке ATV SRO 706 в режиме Тотж.=335°С, t=10 сек в среде водорода, а затем удаляют контактный n⁺Ga(In)As слой, согласно предложенному способу, химико-динамическим травлением в водном растворе гидроокиси тетраметиламмония и перекиси водорода при количественном соотношении компонентов, масс.%: гидроокись тетраметиламмония - 1, перекись водорода - 12,6, вода - 86,4.

Обрабатываемые пластины по одной укладывают фронтальной стороной вверх в ванночки диаметром ⌀120 мм. Объем раствора в ванночке ~80 мм достаточен для полного погружения пластины. Устанавливают ванночки на платформу, совершающую орбитальное вращение в горизонтальной плоскости. Радиус вращения r~5 мм, частота оборотов f~200 об/мин. При этом раствор в ванночках движется по поверхности пластин, удаляя газовые пузырьки, образующиеся при разложении перекиси водорода, а также смывая продукты реакции травления. В случае неподвижного положения ванночки пластина под действием газовых пузырьков всплывает на поверхность раствора, происходит накопление продуктов реакции и торможение процесса травления. Применение раствора травителя с содержанием гидроокиси тетраметиламмония и перекиси водорода более 1,3 и 17,7 масс.% нецелесообразно из-за интенсивного разложения перекиси водорода на поверхности металлизации, сопровождающегося капельным выбрызгиванием. В случае содержания гидроокиси тетраметиламмония и перекиси водорода соответственно менее 0,7 и 6,5 масс.% травление протекает медленно (более 5 мин на одну пластину) и неоднородно по площади пластины. Процесс стравливания контактного n⁺Ca(In)As слоя контролируется по смене интерференционных цветов и прекращается по достижении широкозонного слоя «оптического окна» AlInP однородного темно-фиолетового цвета. Время травления t=1÷1,5 мин. Вытравленные пластины поочередно извлекаются из ванночек, промываются деионизованной водой. В одной ванночке с раствором травителя объемом ~80 мл обрабатывают до 4 пластин, после чего в раствор добавляют свежую порцию перекиси водорода ~8 мл и травитель используют повторно. Используемый согласно предложенному способу травитель обладает высокой селективностью к широкозонному слою «оптического окна» AlInP. Передержка пластины в растворе в течение t=3 мин не ухудшает параметры фотопреобразователя. Движение травителя по поверхности пластины способствует однородному стравливанию n⁺Ga(In)As слоя за счет удаления газовых пузырьков и продуктов реакции. Расположение пластин фронтальной поверхностью вверх позволяет визуально контролировать и своевременно прекращать процесс травления, что необходимо для пластин, различающихся по свойствам поверхности вследствие причин технологического характера. Далее наносят просветляющее покрытие TiO₂/Al₂O₃ с помощью магнитных масок на установке ВАК 761 Opt. Разделяют пластины на чипы дисковой резкой на установке DFD6240.

Изготовленные фотопреобразователи размером 40×80 мм, площадью 30,17 см² имеют хорошую адгезию лицевых контактов, однородный цвет просветляющего покрытия, улучшенные фотоэлектрические параметры с эффективностью более 29% (см.таблицу 1).

Таблица №1
Номер фотоэлемента	Iкз, mА	Uxx, mV	Параметры в рабочей точке	FF, %	КПДmax, %
Ιp, mΑ	Up, mV	КПДр, %
1	521,76	2674,8	512,46	2350	29,2	86,89	29,4
2	521,46	2676,07	512,54	2350	29,2	86,91	29,41
3	522,51	2676,02	512,61	2350	29,21	86,7	29,39
4	521,14	2675,66	512,66	2350	29,41	86,98	29,21
5	521,09	2785,23	512,8	2350	29,22	86,85	29,46
6	523,45	2663,85	512,99	2350	29,23	86,81	29,35
7	521,49	2676,07	513	2350	29,23	87,02	29,45
8	520,98	2677,94	513,06	2350	29,23	86,98	29,42
9	522,52	2673,56	513,75	2350	29,27	86,97	29,46
10	522,52	2675,03	514,27	2350	29,3	87,01	29,49

Способ изготовления фотопреобразователя, включающий формирование контактной металлизации на фронтальной и тыльной поверхностях многослойной полупроводниковой структуры Ga(In)As/GaInP/Ga(In)As/Ge, выращенной на германиевой подложке, вжигание контактов, вытравливание мезы, удаление контактного слоя многослойной полупроводниковой структуры и нанесение просветляющего покрытия, отличающийся тем, что удаление контактного слоя многослойной полупроводниковой структуры производится химико-динамическим травлением в водном растворе гидроокиси тетраметиламмония и перекиси водорода при количественном соотношении гидроокиси тетраметиламмония 0,7-1,3 мас.%, перекиси водорода 6,5-17,7 мас.%, воды 92,8-81 мас.%.