[發明專利]一種平面結構的磷化銦基PIN開關二極管及其制備方法

有效

• 申請號: 201010271246.4
• 申請日: 2010-08-31
• 公開（公告）號: CN102386239A
• 公開（公告）日: 2012-03-21
• 發明（設計）人: 孫浩;王偉;李凌云;艾立鹍;徐安懷;孫曉瑋;齊鳴
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H01L29/868
• 分類號: H01L29/868;H01L29/36;H01L29/06;H01L21/329
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 李儀萍

技術領域

本發明涉及一種磷化銦(InP)基PIN開關二極管材料和器件結構及其制備工藝，尤其涉及一種平面結構的磷化銦基PIN開關二極管及其制備方法，屬于微電子器件中開關二極管技術領域。

背景技術

PIN開關二極管是一種常用的微波毫米波關鍵功能元器件，常應用于微波毫米波收發前端、移相器、調制器和探測與成像控制單元中，具有耐受功率高、插入損耗低以及隔離度好的優良特性。InP基PIN開關二極管由于采用了具有高電子遷移率的銦鎵砷(InGaAs)材料，與傳統的Si基PIN二極管和砷化鎵(GaAs)PIN二極管相比，具有更低的導通電阻、更快的速度和更高的工作頻率，在毫米波以及亞毫米波高頻高速電路和系統中具有重要的應用。

目前，InP基PIN開關二極管均采用圖1所示的臺面結構。其中上電極101和下電極102分別為連接P型高摻層103和N型高摻層104的歐姆接觸金屬。為了減小器件的寄生參數，上電極101的引出一般采用空氣橋結構，由于PIN開關二極管的I型層105一般較厚達1微米以上，因此，上電極101的空氣橋較高，該結構對工藝要求比較苛刻，且橋面容易出現坍塌或者斷裂，成品率較難保證和提高。

另外，為了提高PIN開關二極管器件的導通電阻，一般要求P型高摻層103和N型高摻層104的摻雜濃度更高，目前的InP基PIN開關二極管的材料結構中，P型高摻層103為InGaAs材料采用雜質鈹(Be)的重摻雜，Be摻雜劑一般的摻雜極限達～10¹⁹cm^-3，且易向I型層105不摻雜層發生擴散，導致器件的截止電容增加，引起器件性能退化。因此，需綜合考慮導通電阻和截止電容兩者權衡和折中。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于提供一種平面結構的磷化銦基PIN開關二極管及其制備方法。

為了解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

一種平面結構的磷化銦基PIN開關二極管，包括：

InP襯底；

位于所述InP襯底之上的InP緩沖層；

位于所述InP緩沖層之上的N型InGaAs高摻雜層；

位于所述N型InGaAs高摻雜層之上的I型InGaAs不摻雜層；

位于所述I型InGaAs不摻雜層之上的P型InGaAs高摻雜層；

位于所述P型InGaAs高摻雜層之上的保護層；

制備于所述保護層上的處于同一平面的陽極電極和陰極電極；

其中，在所述保護層上開設有向下延伸至P型InGaAs高摻雜層的陽極窗口，所述陽極電極通過該陽極窗口與所述P型InGaAs高摻雜層形成歐姆接觸；所述保護層上還開設有向下延伸至N型InGaAs高摻雜層的陰極窗口，所述陰極電極通過該陰極窗口與所述N型InGaAs高摻雜層形成歐姆接觸；

所述陽極電極與所述陰極電極之間開設有向下延伸至N型InGaAs高摻雜層的隔離槽；

所述陽極電極包括接觸電極部分和引出電極部分，在該接觸電極部分和引出電極部分連接區域的下方開設有向下延伸至InP緩沖層的溝槽，使該連接區域懸空。

作為本發明的優選方案，所述P型InGaAs高摻雜層采用碳作為P型摻雜雜質，其摻雜劑量可為10²⁰cm^-3數量級。

作為本發明的優選方案，所述陽極電極和陰極電極采用Ti/Pt/Au堆棧層、Ti/Au堆棧層或Ge/Au/Ni/Au堆棧層。

作為本發明的優選方案，所述保護層可采用氧化硅(SiO₂)、氮化硅(SiN_x)、聚酰亞胺、苯丙環丁烯(BCB)等低介電常數材料。

另外，本發明還提供一種平面結構的磷化銦基PIN開關二極管的制備方法，其包括以下步驟：

A.采用外延技術在InP襯底上依次外延生長InP緩沖層、N型InGaAs高摻雜層、I型InGaAs不摻雜層、P型InGaAs高摻雜層；

B.在外延生長的P型InGaAs高摻層上制備保護層；

C.利用光刻刻蝕技術開設陽極窗口和陰極窗口，其中，從所述保護層向下刻蝕直至P型InGaAs高摻雜層露出，以形成陽極窗口，從所述保護層向下刻蝕直至N型InGaAs高摻雜層露出，以形成陰極窗口；然后在所述保護層上分別形成陽極電極和陰極電極，使陽極電極和陰極電極通過陽極窗口和陰極窗口分別與P型InGaAs高摻雜層和N型InGaAs高摻雜層形成歐姆接觸；