[發明專利]一種四元探測器的制備方法以及由此得到的銦鎵砷鉍四元探測器

有效

• 申請號: 201910180996.1
• 申請日: 2019-03-11
• 公開（公告）號: CN109786510B
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 楊楠楠;顧溢;馬英杰;師艷輝;何桂香;龔謙;張永剛
• 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: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/0216;H01L31/077
• 代理公司: 上海智信專利代理有限公司 31002
• 代理人: 鄧琪;宋麗榮

本發明涉及一種四元探測器的制備方法，包括提供外延片；以光刻膠為掩膜對外延片進行光刻，獲得臺面；采用直流反應磁控濺射的方法在臺面上淀積氮化鋁絕緣接觸層，采用電感耦合等離子體化學氣相沉積的方法在氮化鋁絕緣接觸層上淀積氮化硅鈍化加固層，從而得到氮化鋁和氮化硅雙層薄膜；在氮化鋁和氮化硅雙層薄膜和臺面上開刻電極窗口；在電極窗口中制作P型金屬電極和N型金屬電極，從而得到銦鎵砷鉍四元探測器。本發明還提供由上述的制備方法得到的銦鎵砷鉍四元探測器。本發明的氮化鋁和氮化硅雙層薄膜有效覆蓋凸臺的側表面，提升絕緣鈍化性能，降低了過渡到凸臺的臺階處的漏電流的產生，進而大大提升了探測器的響應率和可靠性。

技術領域

本發明涉及半導體光電子材料及器件領域，特別涉及一種四元探測器的制備方法以及由此得到的銦鎵砷鉍四元探測器。

背景技術

銦鎵砷鉍作為一種新型的III-V族半導體材料，具有很多獨特的物理特性，在過去的十年中引起了廣泛的關注。在傳統的III-V族銦鎵砷中引入少量的鉍，能夠大大地減小帶隙，降低螺旋重組率和價帶吸收率，在紅外光電子設備中具有顯著優勢。但是由于鉍原子具有較大的原子半徑，隨著鉍含量的增加，銦鎵砷鉍材料的晶格常數增大，與磷化銦襯底之間的晶格失配也逐漸增加，導致器件暗電流增大，即降低了器件性能，銦鎵砷鉍的這種特殊結構對器件的工藝方法提出了更高的要求，尤其是凸臺表面和側壁的鈍化工藝。

在采用干法刻蝕或者濕法腐蝕工藝形成臺面的過程中，腐蝕對凸臺側壁的橫向鉆蝕造成臺面的形貌不規整、過渡到凸臺的臺階處出現凹槽、缺陷增多等，這些工藝缺陷會作為產生復合中心為載流子提供漏電通道，使得器件側面漏電流增大。通過對表面進行鈍化可以大幅降低器件的表面態密度，減小漏電流，提高器件性能，而不良的表面與側壁鈍化也會使器件靈敏度降低，因此生長出高質量的鈍化膜，實現對臺面表面及側壁的高效覆蓋，對于提高器件的性能和可靠性至關重要。

目前，對于III-V族化合物半導體器件，主要采用單層氮化硅來作為鈍化膜，但目前工藝上生長的單層氮化硅薄膜對過渡到凸臺的臺階處凹槽的覆蓋能力依然有限，氮化硅鈍化層與III-V族半導體材料間存在著一定的界面態密度和張應力，這些因素在一定程度上限制了器件靈敏度的提高，另外，器件進行合金化的高溫過程，會導致氮化硅薄膜的絕緣性能退化，使得器件的可靠性降低。

發明內容

為了解決上述現有技術存在的氮化硅薄膜的絕緣性能退化等問題，本發明旨在提供一種四元探測器的制備方法以及由此得到的銦鎵砷鉍四元探測器。

本發明提供一種四元探測器的制備方法，包括如下步驟：S1，提供由磷化銦襯底、N型磷化銦緩沖層、銦鎵砷鉍吸收層、P型磷化銦窗口和P型銦鎵砷接觸層組成的外延片；S2，以光刻膠為掩膜對外延片進行光刻，獲得由銦鎵砷鉍吸收層、P型磷化銦窗口和P型銦鎵砷接觸層組成的凸臺，其中，N型磷化銦緩沖層的未被凸臺覆蓋的頂表面、凸臺的頂表面、和位于該兩頂表面之間的凸臺的側表面共同形成臺面；S3，采用直流反應磁控濺射的方法在臺面上淀積氮化鋁絕緣接觸層，采用電感耦合等離子體化學氣相沉積的方法在氮化鋁絕緣接觸層上淀積氮化硅鈍化加固層，從而得到氮化鋁和氮化硅雙層薄膜；S4，在氮化鋁和氮化硅雙層薄膜和臺面上開刻電極窗口；S5，在電極窗口中制作P型金屬電極和N型金屬電極，從而得到銦鎵砷鉍四元探測器。

雖然分子束外延、化學氣相沉積、和離子束反應沉積法等常規也可用來生長氮化鋁薄膜，但是實踐表明，這些成膜方法會不可避免的在薄膜中引入碳、氧等雜質，或由于薄膜生長的溫度過高使樣品中應力變大，造成薄膜產生缺陷或者斷裂。而本發明所選用的直流反應磁控濺射法能夠避免高能粒子對薄膜樣品的轟擊，濺射物質的輸運連續可控，成膜速率可以根據需要進行調整，并且在薄膜生長過程中，基體溫度低、沉積速度快，生長的氮化鋁薄膜密度高、成分均勻、臺階覆蓋率大、性能穩定，成膜質量得到大大的提高，因此磁控濺射法能避免以上困難得到高質量的氮化鋁薄膜。