[發(fā)明專利]一種制備鍺硅量子點共振隧穿二極管的方法

無效

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• 申請日: 2014-12-24
• 公開（公告）號: CN104576829A
• 公開（公告）日: 2015-04-29
• 發(fā)明（設計）人: 姚錦濤;王茺;楊宇;顧曉嵐;沈雷;張麗紅;李芳
• 申請（專利權）人: 張家港恩達通訊科技有限公司
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發(fā)明涉及制備鍺硅量子點共振隧穿二極管的方法，特別是使用離子束濺射技術來制備共振隧穿二極管。

背景技術

量子點共振隧穿二極管(QDRTD)是2005年在國外發(fā)展起來的高靈敏度的可見、近紅外光子探測器件。目前QDRTD的制備方法主要有化學氣相沉積(CVD)和分子束外延技術(MBE)，這兩種技術制備的QDRTD已成功得到應用，但是由于化學氣相沉積設備和分子束外延設備價格高昂，存在著生產成本高、工藝復雜、生產效率低的問題，不利于大規(guī)模產業(yè)化生產。使用離子束濺射技術制備鍺硅量子點，可獲得高密度、小尺寸、大高寬比、尺寸均勻、可控性好的Ge量子點，且離子束濺射設備相對價格較低，易于操作。用這種技術制備的鍺硅量子點不僅能與成熟的硅基大規(guī)模集成電路技術要求制作光電探測器的材料相容，而且易于大規(guī)模產業(yè)化生產。因此我們將這種技術應用在QDRTD的制備過程中。

經文獻檢索，未見有將離子束濺射技術及設備應用于QDRTD的制備過程的公開報道。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的在于提供一種制備鍺硅量子點共振隧穿二極管的方法。其特征在于制備鍺硅量子點時采用離子束濺射設備及技術，方法步驟如下：

S1.以P型重摻雜Si(10¹⁸cm^-3)襯底為下電極接觸層(1)，在其上生長一層Si緩沖層(2)：將離子束濺射設備腔體溫度加熱到700℃，保溫10分鐘，然后濺射50nm厚度的Si緩沖層2；

S2.在Si緩沖層(2)上依次疊加制備多層Ge/Si量子點層(3)和Si隔離層(4)：原位退火10分鐘，濺射2.8nm的Ge，形成Ge/Si量子點層(3)，生長中斷5分鐘，在第一層Ge點上覆蓋沉積20nm的Si隔離層(4)，完成后退火10分鐘，以上為一個周期，依次根據器件需要完成多個周期的生長；

S3.在S3制備的Si隔離層(4)上面生長一層100nm的N型重摻雜Si(10¹⁸cm^-3)作為上電極接觸層(5)，在上電極接觸層(5)上面沉積Al膜作為上電極(6)。

S4.在下電極接觸層(1)的一邊較低的臺面上上沉積Au，作為下電極(7)；

以上即完成鍺硅量子點共振隧穿二極管的制備。

二極管工作時，給上電極(6)、下電極(7)上加上偏壓V。利用量子點俘獲光生空穴，使得勢阱能級和發(fā)射極費米能級對準，產生電流。

本發(fā)明與現有技術相比具有下列優(yōu)點和效果有益效果：采用上述方案，即使用離子束濺射方法制備鍺硅量子點共振隧穿二極管，使制備成本低、工藝簡單、易于產業(yè)化生產，有效解決了制備鍺硅量子點共振隧穿二極管的不足，是制備鍺硅量子點共振隧穿二極管一種簡易而高效的方法；在制備的過程中，直接采用P型重摻雜Si(10¹⁸cm^-3)襯底作為下電極接觸層，簡化了制備工藝，也能達到同樣的應用效果，且這樣的P-i-N結構，既可以利用量子點做吸收層，又可以利用pn結暗電流小的優(yōu)點，提高探測器探測效率。

附圖說明

圖1為鍺硅量子點共振隧穿二極管結構示意圖。

附圖中：1為下電極接觸層，2為Si緩沖層，3為Ge/Si量子點層，4為Si隔離層，5為上電極接觸層，6為上電極，7為下電極。

具體實施方式

如圖1鍺硅量子點共振隧穿二極管結構示意圖所示。硅襯底是P型重摻雜Si，直接作為下電極接觸層(1)；在硅襯底上先生長一層Si緩沖層(2)；在Si緩沖層(2)的高面上依次間隔分布有Ge/Si量子點層(3)及Si隔離層(4)，共5層相疊加；在Si隔離層(4)上面為上電極接觸層(5)，其上以Al膜作為上電極(6)，在下電極接觸層(1)的一邊較低的臺面上沉積Au，作為下電極(7)，即做成鍺硅量子點共振隧穿二極管。該結構采用離子束濺射設備制備，反應腔在氬氣氣氛下，溫度控制在700℃在P型重摻雜Si(10¹⁸cm^-3)襯底上直接制備量子點。本發(fā)明是通過以下步驟實現：

S1.以P型重摻雜Si(10¹⁸cm^-3)作為為下電極接觸層(1)，離子束濺射設備反應腔溫度加熱到700℃，保溫10分鐘，在下電極接觸層(1)上濺射50nm厚度的Si緩沖層(2)；