DISPOSITIVO FOTOCONDUCTOR.

Estructura semiconductora fotodetectora que comprende: contactos metálicos (18);

un substrato de GaAs o InP (14); una capa epitaxial (12) con crecimiento a baja temperatura no estequiométrica y rica en arsénico de Inx Ga1-x As cuyo crecimiento se ha efectuado sobre el substrato (14), siendo x superior aproximadamente a 0,1 y menor aproximadamente de 0,53; y una capa semiconductora epitaxial con intersticio de banda más amplia con crecimiento en forma de capa de recubrimiento (16) por encima de la capa epitaxial (12) de Inx Ga1-x As, en la que la capa de recubrimiento epitaxial de intersticio de banda más amplia (16) es colocada entre los contactos metálicos (18) y la capa epitaxial (12) de Inx Ga1-x As; en la que la capa de recubrimiento epitaxial de intersticio de banda más amplio (16) tiene un grosor en un rango comprendido aproximadamente entre 5 y 100 nm, en la que la estructura es modelada hasta el substrato excepto en una pequeña plataforma restante en la que se deposita sobre la superficie de la estructura del semiconductor, una película dieléctrica (20) eléctricamente aislante excepto en una zona, que define una ventana centrada sobre la superficie superior de la plataforma, y en la que los contactos metálicos (18) son depositados sobre la película dieléctrica (20) y teniendo un intersticio entre ellos que está posicionado de manera tal que el intersticio y partes de cada electrodo se encuentran en la ventana de la película dieléctrica (20) y hacen contacto con la superficie de la estructura semiconductora superior de la plataforma

SOLICITUD RELACIONADA

La presente solicitud reivindica los privilegios de la solicitud provisional US nº 60/633.862, presentada el 7 de Diciembre de 2004, de la cual se incorpora todo el contenido en la presente descripción.

ANTECEDENTES

La presente invención se refiere a semiconductores con crecimiento epitaxial.

Para generar un transitorio eléctrico de un picosegundo o un subpicosegundo a partir de un impulso láser, se requiere la utilización de un semiconductor procesado de forma especial, muy probablemente GaAs (LT-GaAs) con crecimiento a baja temperatura. Un interruptor fotoconductor basado en este material puede responder rápidamente a cortos impulsos láser y da lugar a transistores eléctricos rápidos cuando es configurado como generador de impulsos. También se puede configurar como puerto de muestreo para habilitar un breve segmento (picosegundo) de una forma de onda eléctrica desconocida para su muestreo y medición. Al muestrear secuencialmente todos los segmentos que constituyen la forma de onda eléctrica, la estructura de la forma de onda puede ser reconstruida y mostrada, lo que es la esencia de un osciloscopio de muestreo. Cuanto más rápido es el puerto de muestreo, más rápidamente se puede medir la forma de onda eléctrica. También se puede utilizar como semiconductor de base para un interruptor fotoconductor de silicio tratado (“damaged”) por radiación sobre zafiro, si bien posee características fotoconductoras menos deseables que LT-GaAs. Una condición para una eficacia satisfactoria de conmutación es que la longitud de onda del láser sea absorbida intensamente en el semiconductor. Para GaAs, ello significa una longitud de onda de 880 nm o más corta, que corresponde a una energía fotónica igual al intersticio de banda de GaAs que es de 1,42 eV. Una longitud de onda con mayor longitud de 880 nm atraviesa el semiconductor sin ser absorbida de manera significativa.

La exigencia de una absorción intensa surge de la necesidad de hacer que todos los pares de electrón-orificio fotogenerados (portadores) residan en la zona de alto campo eléctrico del intersticio fotoconductor. Los portadores formados con mayor profundidad que esta región no desempeñan un papel apreciable en el proceso fotoconductor. El campo eléctrico tiene una profundidad aproximadamente correspondiente a la separación del electrodo (0,50-2,0 m) que forma el interruptor fotoconductor, si bien las líneas de campo más intensas son las que se encuentran dentro de la primera micra de la superficie.

Existen realmente láseres con impulsos de femtosegundos (10-15 segundos) que se absorben bien en GaAs (y silicio) y que se han utilizado durante los últimos 25 años para generar impulsos eléctricos de picosegundos y subpicosegundos. Estos láseres, de los que uno de los más corrientes es Ti:zafiro (láser a 800 nm), son grandes, enfriados mediante agua y caros de adquisición y mantenimiento. No pueden ser amplificados utilizando amplificadores de fibra óptica, y los componentes de fibra para esta longitud de onda son difíciles de fabricar (incluso imposible), requiriendo en vez de ello la utilización de ópticas de espacio libre.

La fuente ideal es una fuente compatible con otros componentes de telecomunicaciones y que puede ser bombeado directamente con un láser de bomba semiconductora común. Tiene una banda de emisión suficientemente amplia para soportar impulsos de femtosegundos. También tiene la longitud de onda adecuada para amplificación de fibra. Además, es eficaz en cuanto a la potencia, refrigerado por aire, compacto y con calificación Telcordia para un funcionamiento prolongado sin mantenimiento. Las nuevas tecnologías láser de telecomunicación han hecho posibles dos de dichos láseres, clasificados por sus longitudes de onda operativa. Estos son: láseres Er:Glass que funcionan a 1550 nm y Nd:Glass o Yterbio, que funcionan ambos a 1060 nm. Estas longitudes de onda generan fotocorrientes próximas a cero en GaAs. Para aprovechar la ventaja de estas nuevas fuentes se requiere el desarrollo de nuevos semiconductores adaptados a estas longitudes de onda.

La utilización de estas longitudes de onda significa que el intersticio de banda del semiconductor se debe hacer igual o menor que la energía de fotón de la luz láser. Los intersticios de onda aproximados para 1060 nm y 1550 nm son 1,15 eV y 0,08 eV, respectivamente. Un semiconductor habitualmente utilizado en la industria de las telecomunicaciones, In0,53Ga0,47As con crecimiento sobre InP, tiene un intersticio de banda de 0,77 eV y absorbe la luz intensamente hasta 1650 nm. Desafortunadamente, este semiconductor igual que todos los semiconductores con intersticio de banda reducido sufre de una fuerte limitación cuando se configura como el interruptor fotoconductor.

Gupta y otros en “Ultrafast carrier dynamics in III-V semiconductors grown by MBE at Very Low Substrate Temperature”, IEEE J. of Quant Elec. Vol. 28, No 10 (Oct 1992) (Dinámica de portadores ultrarrápidos en semiconductores III-V con crecimiento por MBE a temperatura muy baja del substrato) describe un detector fotoconductor In0,25Ga0,75As con crecimiento LT.

RESUMEN

En un aspecto general de la invención, una estructura del semiconductor, tal como se ha definido en la reivindicación 1, por ejemplo, un interruptor fotoconductor comprende un substrato GaAs o InP, una capa epitaxial InxGa1-xAs con crecimiento sobre el substrato, en la que X es superior aproximadamente a 0,01 y menor de 0,53 aproximadamente, y una capa epitaxial con intersticio de banda más ancho con crecimiento como capa de recubrimiento encima de la capa epitaxial de InxGa1-xAs.

El interruptor posibilita la generación de impulsos eléctricos con duraciones de subpicosegundos y/o muestreados utilizando un láser de subpicosegundos cuya longitud de onda es más larga de, por ejemplo, 880 nm.

La capa de InxGa1-xAs puede tener un grosor en un rango comprendido aproximadamente entre 0,1 y 2,0 m, y la capa de recubrimiento epitaxial con intersticio de banda más ancho puede tener un grosor en un rango comprendidoaproximadamente entre 50 y 1000 Å. La capa de recubrimiento epitaxial de intersticio de banda más amplio puede ser de InP. De manera alternativa, la capa de recubrimiento puede ser GaAs estequiométrico o GaAs no estequiométrico, AlGaAs estequiométrico o AlGaAs no estquiométrico, o InAIAs estequiométrico o InAIAs no estequiométrico. Una capa epitaxial no estequiométrica es típicamente de crecimiento a una temperatura de cientos de grados por debajo de la temperatura necesaria para el recipiente de una capa epitaxial estequiométrica normal.

El interruptor (10) puede estar sometido a un proceso de post-recocido in-situ o ex-situ después del crecimiento de la estructura epitaxial. La temperatura de post-recocido puede encontrarse en un rango entre 400 y 700ºC, y la duración del post-recocido puede encontrarse en un rango entre unos 5 y 30 minutos.

El interruptor puede ser modelado y conformado por ataque químico al substrato excepto en una pequeña zona

o plataforma que permanece sin ataque, que tiene forma sustancialmente redonda con un diámetro comprendido aproximadamente entre 10 y 100 m. Una lámina dieléctrica fotodefinida, eléctricamente aislante, puede ser depositada sobre la superficie de la estructura semiconductora excepto en una región que define una ventana centrada sobre la superficie superior de dicha plataforma. La ventana fotodefinida en la película dieléctrica puede ser sustancialmente redonda en su forma y de un diámetro más pequeño que el diámetro superior de dicha plataforma. Por ejemplo, la película dieléctrica puede tener un diámetro comprendido aproximadamente entre 5 y 90 m. Se pueden depositar contactos eléctricos con dos delgados electrodos laminares sobre la película dieléctrica con un intersticio entre ellos que está posicionado de manera tal que el intersticio y partes de cada electrodo se encuentren en la ventana de la película dieléctrica y establezcan contacto con la superficie de la estructura semiconductora superior de la plataforma. La superficie semiconductora entre los dos electrodos se puede recubrir con un recubrimiento antirreflectante.

En algunas implementaciones, el interruptor genera señales eléctricas variables pulsantes o senoidales cuando se aplica una polarización eléctrica entre los dos electrodos y un impulso óptico o una señal óptica variable senoidalmente incide en el intersticio y excita los portadores en el intersticio... [Seguir leyendo]

1. Estructura semiconductora fotodetectora que comprende:

contactos metálicos (18);

un substrato de GaAs o InP (14);

una capa epitaxial (12) con crecimiento a baja temperatura no estequiométrica y rica en arsénico de Inx Ga1-x As cuyo crecimiento se ha efectuado sobre el substrato (14), siendo x superior aproximadamente a 0,1 y menor aproximadamente de 0,53; y

una capa semiconductora epitaxial con intersticio de banda más amplia con crecimiento en forma de capa de recubrimiento (16) por encima de la capa epitaxial (12) de Inx Ga1-x As,

en la que la capa de recubrimiento epitaxial de intersticio de banda más amplia (16) es colocada entre los contactos metálicos (18) y la capa epitaxial (12) de Inx Ga1-x As;

en la que la capa de recubrimiento epitaxial de intersticio de banda más amplio (16) tiene un grosor en un rango comprendido aproximadamente entre 5 y 100 nm,

en la que la estructura es modelada hasta el substrato excepto en una pequeña plataforma restante en la que se deposita sobre la superficie de la estructura del semiconductor, una película dieléctrica (20) eléctricamente aislante excepto en una zona, que define una ventana centrada sobre la superficie superior de la plataforma, y

en la que los contactos metálicos (18) son depositados sobre la película dieléctrica (20) y teniendo un intersticio entre ellos que está posicionado de manera tal que el intersticio y partes de cada electrodo se encuentran en la ventana de la película dieléctrica (20) y hacen contacto con la superficie de la estructura semiconductora superior de la plataforma.

2. Estructura semiconductora, según la reivindicación 1, en la que la capa (12) de Inx Ga1-x As tiene un grosor en un rango comprendido entre 0,1 y 2,0 m.

3. Estructura semiconductora, según la reivindicación 1, en la que la capa de recubrimiento epitaxial de intersticio de banda más ancha (16) es GaAs estequiométrica o GaAs no estequiométrica.

4. Estructura semiconductora, según la reivindicación 1, en la que la capa de recubrimiento epitaxial de intersticio de banda más ancha (16) es AlGaAs estequiométrica o AlGaAs no estequiométrica.

5. Estructura semiconductora, según la reivindicación 1, en la que la capa de recubrimiento epitaxial de intersticio de banda más ancha (16) es InAIAs estequiométrica o InAIAs no estequiométrica.

6. Estructura semiconductora, según la reivindicación 1, en la que la capa de recubrimiento epitaxial con intersticio de banda más ancha (16) es de InP.

7. Estructura semiconductora, según la reivindicación 1, en la que la plataforma tiene forma esencialmente redonda.

8. Estructura semiconductora, según la reivindicación 7, en la que el diámetro de la plataforma se encuentra en un rango comprendido aproximadamente entre 10 y 100 m.

9. Estructura semiconductora, según la reivindicación 1, en la que la ventana en la película dieléctrica (20) es sustancialmente redonda y más pequeña en su diámetro que el diámetro superior de la plataforma.

10. Estructura semiconductora, según la reivindicación 1, en la que la ventana en la película dieléctrica (20) tiene un diámetro en un rango comprendido entre 5 y 90 m.

11. Estructura semiconductora, según la reivindicación 1, en la que la superficie semiconductora entre los dos electrodos (18) está dotada de un recubrimiento antirreflectante.

12. Estructura semiconductora, según la reivindicación 11, en la que la cara del substrato está dotada de un recubrimiento antirreflectante.