一種可以降低InAs/GaSb超晶格長(zhǎng)波紅外探測(cè)器暗電流的表面鈍化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體材料與器件技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種InAs/GaSb超晶格紅外探測(cè)器暗電流的表面鈍化技術(shù)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]InAs/GaSb II類超晶格具有量子效率高，帶間躍迀，暗電流較小的特點(diǎn)；可以通過調(diào)節(jié)應(yīng)變及其能帶結(jié)構(gòu)，使重輕空穴分離變大，降低俄歇復(fù)合，提高工作溫度；其InAs材料的導(dǎo)帶在GaSb材料的價(jià)帶之下，能帶結(jié)構(gòu)彼此錯(cuò)開，可以通過調(diào)節(jié)InAs/GaSb層厚及其相應(yīng)的組分，調(diào)節(jié)能帶結(jié)構(gòu)，使得帶隙可調(diào)，響應(yīng)波長(zhǎng)在3 μ m-30 μ m范圍內(nèi)可調(diào)。這些優(yōu)勢(shì)使得InAs/GaSb類超晶格作為第三代紅外探測(cè)器的最具前景材料體系，使得以軍用為核心的紅外探測(cè)器發(fā)展迅速，并大量應(yīng)用于通訊、夜視、地球資源探測(cè)、戰(zhàn)略預(yù)警、報(bào)警、測(cè)溫、大氣監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。
[0003]隨著探測(cè)波長(zhǎng)的擴(kuò)展及要求器件臺(tái)面尺寸不斷較小，器件暗電流成為重要的性能指標(biāo)，器件臺(tái)面?zhèn)缺诔蔀榘惦娏髦饕獊碓?。目前采用了不同的清潔、化學(xué)處理、S12鈍化、SixNy覆蓋、(NH4)2S鈍化、淺腐蝕臺(tái)面隔離等技術(shù)手段來降低器件側(cè)壁漏電流對(duì)于整體暗電流的貢獻(xiàn)。尤其對(duì)于長(zhǎng)波段紅外探測(cè)器而言，降低器件側(cè)壁漏電流成為研究的重點(diǎn)，其中S12鈍化由于技術(shù)成熟與現(xiàn)有半導(dǎo)體制備工藝相融合被廣泛關(guān)注。目前S1 2鈍化技術(shù)被廣泛應(yīng)用于短波及中波紅外探測(cè)器，典型生長(zhǎng)溫度為160°C、320°C、35(rC，但是較高的生長(zhǎng)溫度被認(rèn)為降低了器件性能，并在長(zhǎng)波領(lǐng)域不能有效的改善暗電流。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是結(jié)合現(xiàn)階段半導(dǎo)體制備流程，提供一種可以降低InAs/GaSb超晶格紅外探測(cè)器暗電流的表面鈍化方法，減小器件暗電流，提高器件性能。
[0005]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種可以降低InAs/GaSb超晶格長(zhǎng)波紅外探測(cè)器暗電流的表面鈍化方法，包括以下步驟:
步驟1:取一襯底；
步驟2:在襯底上生長(zhǎng)GaAs緩沖層；
步驟3:在GaAs緩沖層上生長(zhǎng)P型GaSb緩沖層；
步驟4:在GaSb緩沖層上生長(zhǎng)外延片，外延片包括P型InAs/GaSb超晶格層、InAs/GaSb超晶格吸收層、η型InAs/GaSb超晶格層、InAs蓋層；
步驟5:采用標(biāo)準(zhǔn)光刻工藝技術(shù)及感應(yīng)耦合等離子體刻蝕技術(shù)(ICP180)刻蝕露出P型InAs/GaSb超晶格層；
步驟6:在P型InAs/GaSb超晶格層和InAs蓋層上利用磁控派射技術(shù)沉積合金電極Ti/Pt/Au，并用丙酮溶液進(jìn)行金屬剝離、清洗； 步驟7:在剝離、清洗后的基片上，利用感應(yīng)耦合等離子體化學(xué)氣相沉(ICPCVD)技術(shù)在75°C下生長(zhǎng)S12高質(zhì)量絕緣層薄膜，然后利用反應(yīng)離子刻蝕技術(shù)(RIE)刻蝕露出電極，最后封裝、測(cè)試。
[0006]本發(fā)明中，所述襯底材料為GaAs。
[0007]本發(fā)明中，所述GaAs緩沖層和p型GaSb緩沖層的生長(zhǎng)溫度分別為590 °C -605 °C、410°C ~470°C, p型GaSb緩沖層摻雜源為Be，摻雜濃度為1- 2X 118Cm30
[0008]本發(fā)明中，所述生長(zhǎng)外延片中P型InAs/GaSb超晶格層，InAs/GaSb超晶格吸收層和η型InAs/GaSb超晶格層均為相同超晶格結(jié)構(gòu)，p型InAs/GaSb超晶格層為GaSb層摻Be，摻雜濃度為1~ 2X1018cm3；n型InAs/GaSb超晶格層為InAs層摻Si，摻雜濃度為1~2X 118Cm 3O 一個(gè)周期內(nèi)固定GaSb層厚度為7ML，InAs層厚度由探測(cè)波長(zhǎng)決定，生長(zhǎng)溫度為390 °C ~430°C，生長(zhǎng)周期數(shù)分別為50，200~300，50。
[0009]本發(fā)明中，所述合金電極Ti/Pt/Au的厚度分別為50nm，50nm，300nm。
[0010]本發(fā)明中，S12鈍化技術(shù)主要參數(shù)為:生長(zhǎng)溫度75 °C，RF功率150W，ICP功率2400W，所用源5丨比流量為17SCCM-30SCCM，N 20流量為80SCCM-100SCCM，隊(duì)流量為100SCCM-200SCCM。
[0011]本發(fā)明在75°C下利用感應(yīng)耦合等離子體化學(xué)氣相沉積技術(shù)生長(zhǎng)高質(zhì)量S12鈍化層，較小器件暗電流，提高器件性能，操作簡(jiǎn)單，易于控制，重復(fù)性好，可廣泛應(yīng)用于各類半導(dǎo)體器件鈍化。
【附圖說明】
[0012]圖1為本發(fā)明S12鈍化InAs/GaSb超晶格紅外探測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為77 K下未鈍化與S12鈍化器件暗電流對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的說明，但并不局限于此，凡是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍中。
[0014]實(shí)施例1:
本實(shí)施例提供了一種75°C下鈍化InAs/GaSb超晶格紅外探測(cè)器單元器件方法，包括如下步驟:
步驟1:取一 GaAs襯底11 ；
步驟2:在GaAs襯底上在590 °C下生長(zhǎng)GaAs緩沖層12 ；
步驟3:在GaAs緩沖層12上在470 °C下生長(zhǎng)P型GaSb緩沖層13，Be摻雜濃度為IXlO18Cm3;
步驟4:在GaSb緩沖層13上依次生長(zhǎng)P型InAs/GaSb超晶格層14、InAs/GaSb超晶格吸收層16、η型InAs/GaSb超晶格層17、InAs蓋層18 ;所述p型InAs/GaSb超晶格層14、InAs/GaSb超晶格吸收層16、n型InAs/GaSb超晶格層17均為相同超晶格結(jié)構(gòu)，P型InAs/GaSb超晶格層14為GaSb層摻Be，摻雜濃度為I X 1018cm 3;n型InAs/GaSb超晶格層17為InAs層摻Si，摻雜濃度為I X 118Cm 3; —個(gè)周期內(nèi)InAs層厚度為13ML，GaSb層厚度為7ML，生長(zhǎng)溫度為400 °C，生長(zhǎng)周期數(shù)分別為50，200，50 ;
步驟5:采用標(biāo)準(zhǔn)光刻工藝技術(shù)及感應(yīng)耦合等離子體刻蝕技術(shù)(ICP180)刻蝕露出P型InAs/GaSb超晶格層14，刻蝕氣體為CljP Ar，氣體流量分別為3SCCM、3 SCCM ；
步驟6:在P型InAs/GaSb超晶格層14和InAs蓋層18上利用磁控派射技術(shù)沉積合金電極Ti/Pt/Aul9，電極厚度為50nm，50nm，300nm，并用丙酮溶液進(jìn)行金屬剝離、清洗；其中一部分直接封裝待測(cè)。
[0015]步驟7:另一部分利用感應(yīng)耦合等離子體化學(xué)氣相沉(ICPCVD)技術(shù)在75°C下生長(zhǎng)S12絕緣層15對(duì)器件進(jìn)行鈍化，生長(zhǎng)溫度75°C，RF功率150W，ICP功率2400W，所用源SiH 4流量為17SCCM，N2O流量為80SCCM，N2流量為180SCCM