[發明專利]異質GeSn基固態等離子體PiN二極管的制備方法及其器件

在審

• 申請號: 202110168697.3
• 申請日: 2021-02-07
• 公開（公告）號: CN112993045A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 蘇漢;鄭敏
• 申請（專利權）人: 中國人民武裝警察部隊工程大學
• 主分類號: H01L29/868
• 分類號: H01L29/868;H01L29/06;H01L21/329
• 代理公司: 西安銘澤知識產權代理事務所(普通合伙) 61223
• 代理人: 姬莉

本發明涉及一種異質GeSn基固態等離子體PiN二極管的制備方法及其器件，制備方法包括：選取某一晶向的GeOI襯底，并在GeOI襯底內摻雜形成頂層GeSn區；在襯底頂層GeSn區內設置深槽隔離區；刻蝕GeSn區形成P型溝槽和N型溝槽，P型溝槽和N型溝槽的深度小于頂層GeSn區的厚度；在P型溝槽和N型溝槽內采用離子注入形成P型有源區和N型有源區；在襯底上形成GeSn合金引線，以完成制備。本發明通過頂層GeSn區的引入使得本征區內部載流子的輸運機制得到改善，通過動態控制頂層Ge中Sn組分的含量使得本征區禁帶寬度可調，從而提高載流子注入比以改善固態等離子體的濃度和分布均勻性。

技術領域

本發明涉及半導體材料以及器件制造技術領域，特別涉及一種異質GeSn基固態等離子體PiN二極管的制備方法及其器件。

背景技術

固態等離子體PiN二極管作為硅基高集成隱身天線基本輻射單元，二極管內部載流子濃度、載流子遷移率以及載流子分布均勻性對天線輻射性能的影響至關重要。然而，目前所研究的適用于硅基固態等離子體天線的PiN二極管均是采用硅作為襯底，載流子通過重摻雜源區注入到本征區域復合形成固態等離子體。硅作為IV族半導體材料，其本征禁帶寬度達到了1.12eV，但其本征區禁帶寬度固定不可調，且載流子從源區到本征區的注入比不高，使得本征區內部載流子的輸運機制差，使得二極管內部固態等離子體濃度不高且分布不均勻，這就造成硅基天線輻射性能不能滿足快速發展的通信需求。此外，電子和空穴在硅中的遷移率也遠低于其他優異的半導體材料，也會進一步的限制固態等離子體PiN二極管在硅基天線通信系統中的應用。高性能的固態等離子體PiN二極管可極大的提高天線系統集成度、抗干擾性能以及隱身性能，在直升機、艦船以及無人機等領域具有廣闊的應用前景。

因此，選擇何種材料及工藝來制作一種固態等離子體PiN二極管以應用于硅基高集成天線就變得尤為重要。

發明內容

為解決上述現有技術存在的技術缺陷和不足，本發明提供一種異質GeSn基固態等離子體PiN二極管的制備方法及其器件，本發明通過頂層GeSn區的引入使得本征區內部載流子的輸運機制得到改善，通過動態控制頂層Ge中Sn組分的含量使得本征區禁帶寬度可調，從而提高載流子注入比以改善固態等離子體的濃度和分布均勻性；此外，Ge-GeSn-Ge異質結構的存在在提高載流子注入比的同時，Ge與GeSn之間由于材料屬性相同，幾乎不存在晶格失配，又在最大程度上改善了材料之間的晶格失配，提升了器件的性能。

本發明的技術方案是：一種異質GeSn基固態等離子體PiN二極管的制備方法，所述GeSn基固態等離子體PiN二極管用于制作硅基高集成隱身天線，所述制備方法包括步驟：

(a)選取某一晶向的GeOI襯底，并在GeOI襯底內摻雜形成頂層GeSn區；

(b)在襯底頂層GeSn區內設置深槽隔離區；

(c)刻蝕所述GeSn區形成P型溝槽和N型溝槽，所述P型溝槽和N型溝槽的深度小于頂層GeSn區的厚度；

(d)在P型溝槽和N型溝槽內采用離子注入形成P型有源區和N型有源區；以及

(e)在襯底上形成GeSn合金引線，以完成所述異質GeSn基固態等離子體PiN二極管的制備。

在上述方法基礎上，在GeOI襯底內摻雜形成頂層GeSn區，步驟(a)包括：

(a1)光刻所述GeOI襯底；

(a2)對所述GeOI襯底進行Sn組分摻雜，形成頂層GeSn區，通過動態的控制頂層Ge中Sn組分的含量以實現載流子最大注入比；

(a3)去除光刻膠。

在上述方法基礎上，在襯底頂層GeSn區內設置深槽隔離區，步驟(b)包括：

(b1)在所述GeSn區表面形成保護層；