Способ изготовления фотоэлектрического преобразователя на основе gasb


H01L31/184 - Полупроводниковые приборы, чувствительные к инфракрасному излучению, свету, электромагнитному, коротковолновому или корпускулярному излучению, предназначенные либо для преобразования энергии такого излучения в электрическую энергию, либо для управления электрической энергией с помощью такого излучения; способы или устройства, специально предназначенные для изготовления или обработки таких приборов или их частей; конструктивные элементы приборов (H01L 51/00 имеет преимущество; приборы, состоящие из нескольких компонентов на твердом теле, сформированных на общей подложке или внутри нее, кроме приборов, содержащих чувствительные к излучению компоненты, в комбинации с одним или несколькими электрическими источниками света H01L 27/00; кровельные покрытия с приспособлениями для размещения и использования устройств для накопления или концентрирования энергии E04D 13/18; получение тепловой энергии с

Владельцы патента RU 2710605:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук (RU)

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 используют фотоэлементы, эффективно работающие при высоких плотностях падающего излучения. Способ изготовления фотоэлектрического преобразователя включает нанесение на подложку n-GaSb диэлектрической маски и проведение первой диффузии цинка в окна маски. Затем удаляют высоколегированную дефектную часть образовавшегося слоя p-GaSb посредством анодного окисления и последующего травления окисла в соляной кислоте. Формируют диэлектрическую маску с окнами для диффузии цинка в подконтактные области структуры и проводят анодное окисление этих областей. Проводят вторую независимую диффузию цинка через слой анодного окисла и удаляют образовавшийся в результате диффузии р-слой на тыльной поверхности подложки. Осаждают тыльный и лицевой металлические контакты и наносят антиотражающее покрытие. Способ позволяет повысить эффективность работы ФЭП за счет повышения значений фототока, напряжения холостого хода ФЭП и снижения сопротивления растекания. 4 з.п. ф-лы, 2 пр.

 

Изобретение относится к способам изготовления фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) на основе GaSb, применяемых в солнечных элементах, термофотоэлектрических генераторах, в системах с расщеплением спектра солнечного излучения, в преобразователях лазерного излучения. Во всех перечисленных случаях используют фотоэлементы, эффективно работающие при высоких плотностях падающего излучения.

Известен способ изготовления каскадного ФЭП (см. патент US 5091018, МПК H01L 31/052, опубликован 25.02.1992), основанный на механической стыковке GaAs- и GaSb-фотоэлементов. Способ изготовления фотоэлектрического преобразователя на основе антимонида галлия включает нанесение на лицевую поверхность подложки GaSb n-типа диэлектрической маски, диффузию цинка из газовой фазы в окнах маски, удаление слоя p-типа с тыльной поверхности подложки и нанесение на нее металлических контактов, осаждение фронтальных контактов на лицевую поверхность подложки, утончение p-n перехода на светочувствительных участках химическим травлением в растворе от 0,5 до 0,1 мкм и нанесение антиотражающего покрытия.

Недостатком известного способа является использование химического травления структуры ФЭП на достаточно большую 0,4 мкм глубину (сравнимую с глубиной p-n перехода), в результате чего возникает вероятность бокового травления подконтактных областей и увеличение токов утечек в области p-n перехода.

Известен способ изготовления ФЭП на основе GaSb (см. патент RU 2354008, МПК H01L 31/18 опубликован 27.04.2009), включающий нанесение на лицевую поверхность подложки n-типа GaSb диэлектрического покрытия, нанесение на него слоя фоторезиста, создание маски и травление через маску диэлектрического покрытия на светочувствительных участках подложки. Затем наносят маску из фоторезиста на лицевой поверхности подложки для создания подконтактных областей, производят анодное окисление этих областей до получения слоя анодного оксида толщиной не более 0,25 мкм в электролите, не вступающем в химическую реакцию с фоторезистом, после чего удаляют фоторезист. Проводят диффузию Zn в подложку в атмосфере водорода. Удаляют образовавшийся в результате диффузии p-слой на тыльной поверхности подложки, создают тыльный и лицевой электрические контакты.

Недостатком известного способа является невозможность одновременно получить оптимальную глубину для фотоактивной (0,3-0,8 мкм) и подконтактной областей (0,9-1,5 мкм), поскольку процесс лимитируется температурно-временным режимом единственной диффузии. При проведении диффузии при низких температурах 450-480°С, когда временным параметром хорошо контролируется воспроизводимое получение неглубокого p-n перехода (0,3-0,8 мкм), не происходит полного восстановления анодного окисла, поэтому глубина p-n перехода под контактами не достигает 0,9 мкм. При более высоких температурах процесса возрастает невоспроизводимость получения заданной глубины p-n перехода.

Известен способ изготовления фотодиода на основе GaSb (см. S. Sridaran, A. Chavan, P.S. Dutta «Fabrication and passivation of GaSb photodiodes», J. Cryst. Growth v. 310, 2008, p. 1590-1594), в соответствии с которым на поверхности подложки n-GaSb методом низкотемпературного химического осаждения в течение 45 минут при Т=85°С создают пленку ZnS (~1000). Далее подложку GaSb с пленкой ZnS помещают в закрытый кварцевый реактор, где осуществляют процесс диффузии Zn при температуре 500°С в течение 10 часов. Глубина p-n перехода в полученных фотодиодах составляет 0,15-0,17 мкм. После диффузии посредством травления в соляной кислоте удаляют пленку ZnS с поверхности подложки, стравливают тыльный p-GaSb слой и напыляют тыльный и лицевой контакты.

Недостатком известного способа является значительное время изготовления прибора, поскольку помимо 10 часов диффузии необходимо время на откачку реактора, его разогрев и охлаждение. Таким образом, минимальное время технологического процесса диффузии составит не менее 12,5-13 часов. Данный способ не оптимален для получения высокоэффективных фотопреобразователей из-за малой глубины p-n перехода.

Известен способ изготовления ФЭП на основе n-GaSb (см. патент CN103474501, 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, многоступенчатую откачку кварцевого реактора с использованием аргона, проведение диффузии в GaSb из сплава Zn-Ga при давлении 5-10 Па в течение 1-3 часов при температуре 450-500°С (предварительно посредством отжига в течение 24 часов при 600°С формируют сплав Zn-Ga), удаление тыльного p-n перехода, нанесение тыльного и лицевого контактов, разделительное травление структуры на чипы и нанесение антиотражающего покрытия из нитрида кремния. Глубина p-n перехода при использовании известного способа составляет 0,2-0,6 мкм.

Недостатками известного способа изготовления ФЭП является конструктивная сложность аппаратурной части процесса диффузии вследствие использования многоступенчатой откачки кварцевого реактора с целью предотвращения окисления поверхности GaSb, а также длительность формирования источника диффузии (сплава Zn-Ga).

Известен способ изготовления ФЭП на основе GaSb (см. L. Tang, H. Ye, J. Xu «А novel zinc diffusion process for the fabrication of high-performance GaSb thermophotovoltaic cell» Solar Energy Materials & Solar Cells, v. 122, 2014, p. 94-98), который включает диффузию цинка в подложку GaSb в откаченном объеме кварцевого реактора при Т=500°С в течение 2 часов. После диффузии с тыльной стороны подложки травлением удаляют слой p-GaSb, напыляют контакты на тыльную и лицевую сторону подложки. После металлизации контактов химическим травлением в растворе сульфида аммония (NH4)2Sx в течение 5 мин удаляют приповерхностный слой p-GaSb толщиной 0,05-0,06 мкм и наносят антиотражающее покрытие.

Недостатком известного способа является возможная неоднородность по толщине стравленного поверхностного слоя, поскольку химическое травление в растворах существенно зависит от условий травления (температуры раствора, времени травления, необходимости однородного перемешивания и др.). Полученные известным способом ФЭП показали недостаточно высокую эффективность 3,9% (спектр AM 1,5).

Известен способ изготовления ФЭП на основе GaSb (см. RU 2437186, H01L 31/18, В82В 3/00, опубликован 20.12.2011), который включает диффузию цинка из газовой фазы при температуре 450-490°С в подложку n-GaSb через окна диэлектрической маски, удаление с тыльной стороны подложки образовавшегося 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 изготовленных известным способом ФЭП является относительно небольшая глубина p-n перехода под контактами (0,3-0,5 мкм), что ведет к уменьшению фактора заполнения нагрузочной характеристики из-за увеличения вероятности роста токов утечек в области p-n перехода при формировании металлических контактов.

Известен способ изготовления ФЭП на основе GaSb (см. патент US 5217539, МПК H01L 31/052, опубликован 08.06.1993), совпадающий с настоящим техническим решением по наибольшему числу существенных признаков и принятый за прототип. Способ-прототип включает нанесение на лицевую поверхность подложки из GaSb n-типа проводимости диэлектрического покрытия, создание маски из фоторезиста и травление через маску диэлектрического покрытия на светочувствительных участках подложки, первую диффузию цинка в подложку (в атмосфере водорода) из газовой фазы на глубину 0,1 мкм. Затем создают маску из диэлектрической пленки с окнами в местах подконтактных областей подложки и проводят вторую диффузию цинка на глубину примерно 0,5 мкм. Удаляют образовавшийся в результате диффузии слой p-типа проводимости на тыльной поверхности подложки, наносят на нее слой металла для создания тыльного контакта и формируют лицевой металлический контакт. В способе-прототипе изготовления ФЭП происходит смещение глубины p-n перехода на светочувствительных участках приборной структуры (разгонка примеси) во время второй диффузии на глубину до 0,2 мкм. Окончательная глубина p-n перехода на участках фотоактивной поверхности ФЭП составляет 0,3 мкм. Способом-прототипом были изготовлены ФЭП с эффективностью 6,6% для спектра АМ0 при 55 кратной концентрации солнечного излучения за GaAs фильтром. Как правило, такой фильтр делают минимальной толщины (~250 мкм) и невысокого уровня легирования (не более 1017 см-3) для минимизации поглощения света в нем, что не соответствует реальным условиям работы верхнего фотопреобразователя на основе GaAs.

Недостатками способа-прототипа является небольшая глубина p-n перехода под контактами (~0,5 мкм) в изготавливаемых ФЭП, что увеличивает вероятность роста токов утечек в области p-n перехода, снижающих эффективность ФЭП, а также уменьшению выхода годных ФЭП из-за увеличения вероятности закорачивания p-n перехода при формировании металлических контактов.

Задачей настоящего изобретения является разработка такого способа изготовления фотоэлектрического преобразователя, который позволил бы повысить эффективность работы ФЭП за счет повышения значений фототока, напряжения холостого хода ФЭП и снижения сопротивления растекания при использовании в различных устройствах, в частности, концентраторных солнечных ФЭП и системах преобразования энергии лазерного излучения, работающих при высоких плотностях падающего излучения, а также в термофотоэлектрических генераторах с высокой температурой эмиттера, а также повысить выход годных ФЭП.

Поставленная задача решается тем, что способ изготовления ФЭП включает нанесение на лицевую поверхность подложки из GaSb n-типа проводимости диэлектрического покрытия, создание маски из фоторезиста и травление через маску диэлектрического покрытия на светочувствительных участках подложки, первую диффузию цинка в подложку из газовой фазы, создание маски из диэлектрической пленки с окнами в местах подконтактных областей подложки, проведение второй диффузии цинка, удаление образовавшегося в результате диффузии р-слоя на тыльной поверхности подложки, создание тыльного и лицевого металлических контактов и нанесение антиотражающего покрытия. Новым в способе является то, что первую диффузию цинка выполняют на глубину 0,3-0,8 мкм, удаляют посредством анодного окисления и последующим травлением в соляной кислоте образовавшийся при первой диффузии цинка сильнолегированный поверхностный лицевого слой GaSb p-типа проводимости толщиной 0,06-0,30 мкм, перед второй диффузией цинка проводят анодное окисление подконтактных областей до получения слоя анодного окисла толщиной не более 0,2 мкм, а вторую диффузию цинка проводят через анодный окисел на глубину 0,9-1,5 мкм.

Ускорение процесса диффузии цинка через анодный окисел позволяет уменьшить время термообработки структуры GaSb и тем самым избежать смещения глубины p-n-перехода, сформированной в процессе первой диффузии цинка (избежать разгонки примеси) и сохранить заданную геометрию p-n перехода после прецизионного травления анодным окислением поверхностного дефектного слоя, а также получить адгезионный слой для напыления омических контактов.

Диэлектрического покрытие можно выполнять из оксида кремния Si02 или нитрида кремния Si3N4.

В качестве газовой среды при диффузии цинка можно использовать водород для предотвращения окисления подложек, а диффузию цинка проводить в квазизамкнутом контейнере.

Слой p-GaSb глубиной 0,3-0,8 мкм на участках фотоактивной поверхности может быть сформирован в процессе первой диффузии цинка при температуре 450-470°С в течение 30-50 минут. Температура процесса менее 450°С нецелесообразна из-за необходимости увеличения времени термообработки структуры. При температуре более 470°С возрастает невоспроизводимость получения относительно неглубоких p-n переходов. При проведении диффузии менее 30 минут при заданном температурном режиме 450-470°С глубина p-n перехода будет менее 0,3 мкм, а при времени более 50 минут превысит 0,8 мкм.

Перед второй диффузией посредством анодного окисления создают анодный окисел на поверхности GaSb толщиной не более 0,2 мкм, так как при толщине больше 0,2 мкм не весь слой анодного оксила будет восстановлен в процессе диффузии, что приводит к ухудшению адгезии металла к полупроводнику и снижению воспроизводимого получения требуемой глубины p-n перехода под контактами.

Слой p-GaSb глубиной 0,9-1,5 мкм на участках под будущим лицевым контактом может быть сформирован в процессе второй диффузии цинка при температуре 480-510°С в течение 20-40 минут. При температуре процесса более 510°С и времени больше 40 минут появляется вероятность незначительной разгонки первой диффузии цинка, что влияет на рабочие характеристики ФЭП. При температуре менее 480°С и времени менее 20 минут не будет происходить существенного заглубления p-n перехода под лицевыми контактами, а также не весь слой анодного окисла будет восстановлен в процессе диффузии, что приведет к снижению адгезии металла к полупроводнику.

Тыльный металлический контакт может быть получен последовательным напылением слоев: сплава золота с германием Au(Ge) и слоя золота Аи. Отжиг осажденного тыльного контакта может быть проведен в атмосфере водорода при температуре 220-250°С.

Лицевой металлический контакт может быть сформирован последовательным нанесением слоя хрома Cr и слоя золота Au. Отжиг осажденного лицевого контакта может быть проведен в атмосфере водорода при температуре 200-220°С.

Может быть проведена дополнительная металлизация лицевого контакта гальваническим осаждением через маску из фоторезиста при одновременном гальваническом осаждении золота на тыльную поверхность.

Антиотражающее покрытие на лицевой поверхности подложки можно формировать последовательным нанесением слоя сульфида цинка ZnS и слоя фторида магния MgF2 или слоя оксида тантала Ta2O5.

При двухэтапной диффузии цинка из газовой фазы на первом этапе формируется тонкая фотоактивная область, а на втором этапе создается глубокий p-n переход на участках под лицевыми контактами. Неглубокий фотоактивный p-n переход на глубине 0,3-0,8 мкм, образуемый при первой диффузии цинка, позволяет получить максимальный фототок ФЭП. При увеличении глубины залегания p-n перехода более 0,8 мкм наблюдается падение фототока, поскольку ухудшается собирание неосновных носителей заряда, а при глубине, меньшей 0,3 мкм, увеличивается вероятность влияния поверхностных дефектов и возрастания токов утечек.

Глубина залегания p-n перехода, сформированного при второй диффузии цинка, влияет на электрические характеристики ФЭП, в частности, глубокий p-n-переход уменьшает слоевое сопротивление структуры и, следовательно, улучшает фактор заполнения вольт-амперной характеристики ФЭП, а также повышает напряжение холостого хода. Оптимальная глубина p-n перехода под контактами составляет 0,9-1,5 мкм. Толщина p-GaSb более 1,5 мкм нецелесообразна из-за более длительной термообработки структуры и появления вероятности разгонки первой диффузии цинка, а при глубине меньшей 0,9 мкм возрастает вероятность увеличения токов утечек в области p-n перехода, что приводит к снижению напряжения холостого хода и эффективности.

Удаление анодным окислением и последующим травлением в соляной кислоте (не взаимодействующим с GaSb) образовавшегося в результате диффузии поверхностного лицевого слоя GaSb p-типа проводимости толщиной 0,06-0,3 мкм приводит к возрастанию внешнего квантового выхода фотопреобразователя, поскольку стравливается сильнолегированный дефектный слой. При удалении поверхностного слоя более 0,3 мкм не наблюдается эффективного прироста квантового выхода, при удалении слоя менее 0,06 мкм не весь дефектный слой будет удален.

Контроль толщины стравливаемого материала обеспечивается за счет анодного окисления структуры и имеет ряд преимуществ, таких как прецизионность окисления±0,002 мкм, определяемая величиной подаваемого напряжения (константа окисления ~0,002 мкм/В GaSb для электролита, состоящем из 1 части смеси гидроксида аммония и 3% винной кислоты с рН=(5.6÷6.4) и 3 частей этиленгликоля), и однородность травления, поскольку электрический ток проходит через всю структуру и окисление происходит равномерно. Процесс последующего удаления анодного окисла в соляной кислоте (не взаимодействующей с GaSb) не требует контроля времени и происходит при комнатной температуре.

В ФЭП требуется более глубокий p-n переход под контактными областями, в отличие от остальных участков лицевой поверхности, во избежание проплавления p-n перехода при вжигании контактов. Экспериментально показано, что при диффузии через анодный окисел происходит ускорения процесса диффузии цинка в GaSb. Сочетание более глубокой второй независимой диффузии цинка и использование анодного окисла для ускорения диффузионного процесса создает оптимальные условия для получения глубоких подконтактных зон 0,9-1,5 мкм. При этом восстановленный анодный окисел будет являться адгезионным слоем при последующем нанесении лицевого контакта.

Требуемая геометрия p-n перехода в структуре ФЭП может быть реализована только при отсутствии существенной разгонки легирующей примеси в фотоактивной области на втором этапе процесса диффузии (термообработки). Было экспериментально подтверждено, что даже при увеличении времени второй диффузии (при которой может происходить разгонка первой диффузии цинка) в 2 раза, по сравнению с технологическим режимом, где температура ~500°С, фронт диффузии цинка смещается всего на 0,04-0,05 мкм.

Благодаря эффекту ускорения диффузионного процесса через слой анодного окисла появляется возможность уменьшения времени второй независимой диффузии, что позволяет избежать изменения (смещения) оптимальной глубины p-n перехода, сформированной первой диффузией цинка и сохранить неизменным геометрию p-n перехода.

Настоящий способ изготовления фотоэлектрического преобразователя на основе GaSb обычно проводят в кварцевом проточном реакторе в атмосфере очищенного водорода в квазизамкнутой графитовой кассете. Наносят на лицевую поверхность подложки GaSb n-типа проводимости диэлектрическое покрытие, например, Si02 или Si3N4 и формируют посредством техники фотолитографии окна в маске диэлектрика на светочувствительных участках подложки. Проводят первую диффузию цинка, например, при температуре 450-470°С и продолжительности 30-50 минут на глубину 0,3-0,8 мкм. Удаляют сильнолегированный лицевой дефектный слой GaSb p-типа проводимости толщиной 0,06-0,30 мкм путем анодного окисления и последующего травления полученного окисла в соляной кислоте. Далее напыляют диэлектрическую пленку и формируют посредством техники фотолитографии окна в местах подконтактных областей подложки для проведения второй диффузии цинка. Создают анодный окисел в окнах диэлектрика в местах будущих контактов для ускорения процесса диффузионного легирования. Проводят вторую диффузию цинка через слой анодного окисла при температуре 480-510°С в течение 20-40 минут на глубину 0,9-1,5 мкм. Образовавшийся при диффузии p-n переход на тыльной стороне ФЭП удаляют с помощью травления в полирующем травителе или сошлифовыванием в абразивном порошке. Наносят вакуумным термическим испарением на тыльную поверхность подложки слои металла для создания тыльного металлического контакта. Отжигают его в атмосфере водорода при температуре, например, 220-250°С. Наносят на лицевую поверхность подложки маску из фоторезиста, термическим вакуумным испарением создают лицевой металлический контакт и посредством техники взрывной фотолитографии удаляют фоторезист. Производят отжиг лицевого контакта в атмосфере водорода при температуре, например, 200-220°С. В случае недостаточной толщины созданных контактов возможно дополнительное гальванического осаждения золота через маску фоторезиста с целью улучшения его омических свойств. Настоящим способом может быть одновременно изготовлено несколько ФЭП путем разделительного травления структуры на чипы через маску фоторезиста. Осаждают, например, двухслойное антиотражающее покрытие на чистую светочувствительную поверхность для минимизации оптических потерь фотопреобразователя. Завершающей операцией является резка структуры на отдельные ФЭП.

Пример 1. При изготовлении нижнего GaSb фотоэлемента каскадного солнечного фотоэлектрического преобразователя GaAs/GaSb для обеспечения локальности диффузионного процесса формировали 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 первую газовую диффузию цинка в квазизамкнутом контейнере в атмосфере водорода при температуре 450°С и t=30 минут на глубину 0,3 мкм. Затем для повышения фототока ФЭП удаляли высоколегированный слой p-GaSb толщиной 0,06 мкм путем анодного окисления поверхности GaSb и последующего травления полученного окисла в соляной кислоте. Далее напыляли диэлектрическое покрытие и формировали посредством техники фотолитографии в нем окна для проведения второй диффузии цинка. В местах будущего лицевого контакта проводили окисление GaSb для ускорения процесса диффузионного легирования. Проводили вторую диффузию цинка при температуре 480°С длительностью 20 минут на глубину 0,9 мкм. Затем удаляли тыльный p-n переход с помощью механической шлифовки, осаждали тыльный контакт методом термического вакуумного испарения и отжигали его в атмосфере водорода. Создавали маску из фоторезиста для формирования лицевого контакта, осаждали его методом термического вакуумного испарения, удаляли фоторезист с помощью техники взрывной фотолитографии и отжигали лицевой контакт в атмосфере водорода. Создавали маску из фоторезиста для гальванического осаждения золота на лицевой контакт и проводили это осаждение. Одновременно проводили гальваническое осаждение золота на тыльную поверхность структуры. Проводили процесс разделительного травления структуры на чипы через маску фоторезиста. На светочувствительной поверхности структуры осаждали антиотражающее покрытие (ZnS/MgF2). Эффективность полученного нижнего фотоэлемента каскадного солнечного фотоэлектрического преобразователя составила 6% при достаточно высокой кратности солнечного излучения вплоть до 200, измеренная за GaAs фотопреобразователем (спектр АМ0, толщина 400 мкм, степень легирования GaAs n=2⋅1017 см-3).

Пример 2. Для получения фотоэлектрического преобразователя лазерного излучения на подложку n-GaSb осаждали диэлектрическое покрытие SiO2, в котором посредством техники фотолитографии вскрывали окна для проведения первой диффузии цинка. Диффузионный процесс проводили при температуре 470°С и длительности 50 минут на глубину 0,8 мкм. Затем удаляли высоколегированный слой p-GaSb толщиной 0,3 мкм. Напыляли второе диэлектрическое покрытие и создавали в нем окна под будущие контакты. Перед проведением второй диффузии окисляли подконтактные области структуры. Вторую независимую диффузию проводили при температуре 510°С в течение 40 минут на глубину 1,5 мкм. Далее с тыльной стороны структуры удаляли слой р-GaSb и напыляли тыльный металлический контакт. На лицевой стороне ФЭП осаждали контакт через маску фоторезиста. Для улучшения адгезии контакта и снижения удельного сопротивления после удаления маски проводили его отжиг. Проводили гальваническое осаждение золота на тыльный и лицевой контакты ФЭП. Посредством фотолитографии создавали маску для разделительного травления структуры на отдельные чипы и проводили само травление. На фотоактивной поверхности структуры, чистой от диэлектрического покрытия, осаждали антиотражающее покрытие Ta2O5. Эффективность фотопреобразователя лазерного излучения (с площадью фотоактивной поверхности 2 мм2) составила более 40% для длины монохроматического (лазерного) излучения 1600 нм.

Настоящий способ изготовления фотоэлектрического преобразователя позволяет получать фотоэлектрические преобразователи с требуемой глубиной p-n перехода для фотоактивной и подконтактной областей и высокой эффективностью.

1. Способ изготовления фотоэлектрического преобразователя, включающий нанесение на лицевую поверхность подложки из GaSb n-типа проводимости диэлектрического покрытия, создание маски из фоторезиста и травление через маску диэлектрического покрытия на светочувствительных участках подложки, первую диффузию цинка в подложку из газовой фазы, создание маски из диэлектрической пленки с окнами в местах подконтактных областей подложки, проведение второй диффузии цинка, удаление образовавшегося в результате диффузии p-слоя на тыльной поверхности подложки, создание тыльного и лицевого металлических контактов и нанесение антиотражающего покрытия, отличающийся тем, что первую диффузию цинка выполняют на глубину 0,3-0,8 мкм, удаляют посредством анодного окисления и последующим травлением в соляной кислоте образовавшийся при первой диффузии цинка сильнолегированный поверхностный лицевой слой GaSb p-типа проводимости толщиной 0,06-0,30 мкм, перед второй диффузией цинка проводят анодное окисление подконтактных областей до получения слоя анодного окисла толщиной не более 0,2 мкм, а вторую диффузию цинка проводят через анодный окисел на глубину 0,9-1,5 мкм.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что диэлектрическое покрытие выполняют из оксида кремния Si02 или нитрида кремния Si3N4.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что антиотражающее покрытие формируют последовательным нанесением слоя сульфида цинка ZnS, слоя фторида магния MgF2 или слоя оксида тантала Та2O5.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что проводят дополнительную металлизацию лицевого контакта гальваническим осаждением через маску из фоторезиста при одновременном гальваническом осаждении золота на тыльную поверхность.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что диффузию цинка из газовой фазы в подложку выполняют в атмосфере водорода в квазизамкнутом контейнере.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области полупроводниковых приборов. Фотопреобразователь с увеличенной фотоактивной площадью включает полупроводниковую пластину, на лицевой стороне которой имеются полосковые контакты гребенчатой формы, контактные площадки, а на тыльной стороне – сплошной контакт.

Изобретение относится к солнечной энергетике, в частности, к технологии изготовления фотопреобразователей на трехкаскадных эпитаксиальных структурах GaInP/Ga(In)As/Ge. Способ изготовления фотопреобразователей на утоняемой германиевой подложке, включает создание на германиевой подложке с выращенными эпитаксиальными слоями трехкаскадной структуры фоторезистивной маски с окнами под лицевые контакты фотопреобразователя и диода, вытравливание диодной площадки, напыление слоев лицевой металлизации, удаление фоторезиста, создание фоторезистивной маски с окнами под меза-изоляцию фотопреобразователя и диода, вытравливание мезы, нанесение защитного покрытия, стравливание подложки, удаление защитного покрытия, напыление слоев тыльной металлизации, отжиг контактов, вскрытие оптического окна травлением, нанесение просветляющего покрытия, разделение пластины, выпрямление фотопреобразователя со встроенным диодом путем охлаждения в азоте, при этом после вытравливания мезы формируют углубление в меза-канавке дисковым резом, наносят защитное покрытие формированием последовательно слоев позитивного, негативного фоторезистов методом центрифугирования и слоя быстросохнущей эмали методом распыления, наклеивают пластину защитным покрытием на выступы диска-носителя, стравливают подложку химико-динамическим травлением в водном растворе плавиковой кислоты и перекиси водорода до углубления в меза-канавке с одновременным разделением пластины на чипы, после напыления тыльной металлизации удаляют защитное покрытие с одновременным откреплением чипов от диска-носителя, а выпрямляют чипы после отжига контактов и напыления просветляющего покрытия.

Изобретение относится к электронным компонентам микросхем. Биполярный полупроводниковый транзистор с тиристорным эффектом согласно изобретению выполнен в виде полупроводниковой n-p-n-структуры, при этом электрод базы вместо обычного металлического электрода выполнен из фоточувствительного материала, в качестве которого использован металл с малым уровнем работы выхода электронов, переход база-эмиттер является светоизлучающим, а переход база-коллектор является фоточувствительным.

Изобретение относится к солнечным элементам (СЭ) с HIT структурой на основе кристаллического кремния. Фотопреобразователь с HIT структурой на основе кристаллического кремния с α-Si - c-Si гетеропереходами с тонким внутренним i-слоем из α-Si содержит эмиттер - α-Si (р+), базу - c-Si (n), дифракционную решетку, тыльный потенциальный барьер - α-Si (n+) и токосъемные контакты.

Изобретение относится к технологии создания гибких тонкопленочных солнечных батарей и может найти применение при создании солнечных батарей с гетеропереходом CdTe/CdS.

Изобретение относится к области солнечной фотоэнергетики, в частности к устройствам для прямого преобразования солнечной энергии. Предложен металлооксидный солнечный элемент на основе наноструктурированных слоев металлооксида, сенсибилизированного поглощающей свет субстанцией, включающий проводящий слой из оксида олова, допированного фтором или индием, и противоэлектрод, при этом в качестве поглощающей свет субстанции он содержит органический краситель или квантовые точки, а противоэлектрод выполнен в виде пленки из композитного материала на основе графена и наночастиц редкоземельного элемента, нанесенной на проводящее покрытие из оксида олова, допированного фтором или индием.

Изобретение относится к области технологии производства полупроводниковых приборов, в частности к технологии изготовления преобразователя солнечной энергии. Способ изготовления полупроводникового прибора со структурой с р, i, n слоями, включающий процессы легирования, при этом формирование i-слоя в p-i-n структуре осуществляют в три этапа: первый этап - осаждением пленок Si:H со скоростью 0,3 нм/с, при ВЧ мощности 8 Вт, со скоростью потока SiH4 20 см3/с и давлении 27 Па; второй этап - осаждением пленок Si:H со скоростью 0,6 нм/с, при ВЧ мощности 15 Вт, со скоростью потока SiH4 50 см3/с и давлении 45 Па, третий этап - осаждением пленок Si:H со скоростью 1,0 нм/с, при ВЧ мощности 28 Вт, со скоростью потока SiH4 80 см3/с и давлении 65 Па, с последующим легированием i-слоя бором до 0,05×10-4% при соотношении (B2H6/SiH4) 10-4% в газовой смеси.

Устройство солнечных элементов с батареей тонкопленочных солнечных элементов на подложке (5) выполнено так, что каждый солнечный элемент сформирован слоями, представляющими собой нижний электрод (6), фотоактивный слой (7), верхний электрод (8) и изолирующий слой (9).

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способам изготовления гибких фотоэлектрических модулей для преобразования энергии солнечного излучения в электричество, которые могут быть использованы для электропитания потребителей и заряда аккумуляторов на борту электрических и гибридных транспортных средств морского и воздушного применения.

Изобретение относится к области приема оптического излучения и касается импульсного фотоприемного устройства. Устройство включает в себя фоточувствительный элемент, схему обработки сигнала и оптический затвор, установленный перед фоточувствительным элементом.

Способ изготовления токоотводящей сетки для фотоэлементов включает этапы а) обеспечение пакета (1) непрерывных слоев на подложке (8), причем пакет (1) слоев содержит верхний проводящий слой (2) и нижний проводящий слой (3) с расположенным между ними фотоактивным слоем (4); b) селективное удаление верхнего проводящего слоя (2) и фотоактивного слоя (4) для получения первого отверстия (10) контакта, простирающегося через верхний проводящий слой (2) и фотоактивный слой (4), открывающего нижний проводящий слой (3); с) печатание тела (5-1) переднего контакта на верхнем проводящем слое (2) и тела (5) заднего контакта в первом отверстии (10) контакта на нижнем проводящем слое (3) и образование первого электроизоляционного зазора, окружающего тело (5) заднего контакта, между верхним проводящим слоем (2) и телом (5) заднего контакта.

Изобретение относится к солнечной энергетике, в частности, к технологии изготовления фотопреобразователей на трехкаскадных эпитаксиальных структурах GaInP/Ga(In)As/Ge. Способ изготовления фотопреобразователей на утоняемой германиевой подложке, включает создание на германиевой подложке с выращенными эпитаксиальными слоями трехкаскадной структуры фоторезистивной маски с окнами под лицевые контакты фотопреобразователя и диода, вытравливание диодной площадки, напыление слоев лицевой металлизации, удаление фоторезиста, создание фоторезистивной маски с окнами под меза-изоляцию фотопреобразователя и диода, вытравливание мезы, нанесение защитного покрытия, стравливание подложки, удаление защитного покрытия, напыление слоев тыльной металлизации, отжиг контактов, вскрытие оптического окна травлением, нанесение просветляющего покрытия, разделение пластины, выпрямление фотопреобразователя со встроенным диодом путем охлаждения в азоте, при этом после вытравливания мезы формируют углубление в меза-канавке дисковым резом, наносят защитное покрытие формированием последовательно слоев позитивного, негативного фоторезистов методом центрифугирования и слоя быстросохнущей эмали методом распыления, наклеивают пластину защитным покрытием на выступы диска-носителя, стравливают подложку химико-динамическим травлением в водном растворе плавиковой кислоты и перекиси водорода до углубления в меза-канавке с одновременным разделением пластины на чипы, после напыления тыльной металлизации удаляют защитное покрытие с одновременным откреплением чипов от диска-носителя, а выпрямляют чипы после отжига контактов и напыления просветляющего покрытия.

Изобретение относится к солнечной энергетике, в частности, к технологии изготовления фотопреобразователей на трехкаскадных эпитаксиальных структурах GaInP/Ga(In)As/Ge. Способ изготовления фотопреобразователей на утоняемой германиевой подложке, включает создание на германиевой подложке с выращенными эпитаксиальными слоями трехкаскадной структуры фоторезистивной маски с окнами под лицевые контакты фотопреобразователя и диода, вытравливание диодной площадки, напыление слоев лицевой металлизации, удаление фоторезиста, создание фоторезистивной маски с окнами под меза-изоляцию фотопреобразователя и диода, вытравливание мезы, нанесение защитного покрытия, стравливание подложки, удаление защитного покрытия, напыление слоев тыльной металлизации, отжиг контактов, вскрытие оптического окна травлением, нанесение просветляющего покрытия, разделение пластины, выпрямление фотопреобразователя со встроенным диодом путем охлаждения в азоте, при этом после вытравливания мезы формируют углубление в меза-канавке дисковым резом, наносят защитное покрытие формированием последовательно слоев позитивного, негативного фоторезистов методом центрифугирования и слоя быстросохнущей эмали методом распыления, наклеивают пластину защитным покрытием на выступы диска-носителя, стравливают подложку химико-динамическим травлением в водном растворе плавиковой кислоты и перекиси водорода до углубления в меза-канавке с одновременным разделением пластины на чипы, после напыления тыльной металлизации удаляют защитное покрытие с одновременным откреплением чипов от диска-носителя, а выпрямляют чипы после отжига контактов и напыления просветляющего покрытия.

Изобретение относится к области конструкции и технологии оптоэлектронных приборов. В способе изготовления фотопреобразователя на утоняемой германиевой подложке с выводом тыльного контакта на лицевой стороне полупроводниковой структуры, согласно изобретению включающем: создание на германиевой подложке с выращенными эпитаксиальными слоями фоторезистивной маски с окнами под лицевые контакты фотопреобразователя и диода, вытравливание диодной площадки, напыление слоев лицевой металлизации, удаление фоторезиста, создание фоторезистивной маски с окнами под меза-изоляцию, вытравливание мезы, нанесение защитного покрытия, стравливание подложки, удаление защитного покрытия, напыление слоев тыльной металлизации, отжиг контактов, разделение пластины, вскрытие оптического окна, напыление просветляющего покрытия, выпрямление фотопреобразователя со встроенным диодом путем охлаждения в азоте, создают дополнительно меза-изолированную контактную площадку для вывода тыльного контакта фотопреобразователя, формируют лазером углубления под вышеназванной меза-изолированной контактной площадкой и по периметру фотопреобразователя, наносят защитное покрытие формированием последовательно слоев позитивного и негативного фоторезистов методом центрифугирования и слоя быстросохнущей эмали методом распыления, наклеивают пластину защитным покрытием на выступы диска-носителя, стравливают подложку до эпитаксиальных слоев в углублениях с одновременным разделением пластины на чипы фотопреобразователей, вытравливают эпитаксиальные слои в углублениях, а после напыления слоев тыльной металлизации удаляют защитное покрытие с одновременным откреплением чипов фотопреобразователей от диска-носителя, выпрямляют чипы после отжига контактов и напыления просветляющего покрытия.

Изобретение относится к технологии создания гибких тонкопленочных солнечных батарей и может найти применение при создании солнечных батарей с гетеропереходом CdTe/CdS.

Изобретение относится к технологии создания гибких тонкопленочных солнечных батарей и может найти применение при создании солнечных батарей с гетеропереходом CdTe/CdS.

Устройство солнечных элементов с батареей тонкопленочных солнечных элементов на подложке (5) выполнено так, что каждый солнечный элемент сформирован слоями, представляющими собой нижний электрод (6), фотоактивный слой (7), верхний электрод (8) и изолирующий слой (9).

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способам изготовления гибких фотоэлектрических модулей для преобразования энергии солнечного излучения в электричество, которые могут быть использованы для электропитания потребителей и заряда аккумуляторов на борту электрических и гибридных транспортных средств морского и воздушного применения.

Изобретение относится к области электротехники, а именно к способам изготовления гибких фотоэлектрических модулей для преобразования энергии солнечного излучения в электричество, которые могут быть использованы для электропитания потребителей и заряда аккумуляторов на борту электрических и гибридных транспортных средств морского и воздушного применения.

Изобретение может быть использовано при создании тонкопленочных солнечных батарей. Для получения монозеренных кестеритных порошков используют прекурсорные смеси, состоящие из Cu2Se, CuSe, ZnS и SnSe2.

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 используют фотоэлементы, эффективно работающие при высоких плотностях падающего излучения. Способ изготовления фотоэлектрического преобразователя включает нанесение на подложку n-GaSb диэлектрической маски и проведение первой диффузии цинка в окна маски. Затем удаляют высоколегированную дефектную часть образовавшегося слоя p-GaSb посредством анодного окисления и последующего травления окисла в соляной кислоте. Формируют диэлектрическую маску с окнами для диффузии цинка в подконтактные области структуры и проводят анодное окисление этих областей. Проводят вторую независимую диффузию цинка через слой анодного окисла и удаляют образовавшийся в результате диффузии р-слой на тыльной поверхности подложки. Осаждают тыльный и лицевой металлические контакты и наносят антиотражающее покрытие. Способ позволяет повысить эффективность работы ФЭП за счет повышения значений фототока, напряжения холостого хода ФЭП и снижения сопротивления растекания. 4 з.п. ф-лы, 2 пр.

Наверх