[發明專利]一種AlAs-GeSn-AlAs結構的高注入比異質PiN二極管的制備方法及其器件

在審

• 申請號: 202110168705.4
• 申請日: 2021-02-07
• 公開（公告）號: CN112992676A
• 公開（公告）日: 2021-06-18
• 發明（設計）人: 蘇漢
• 申請（專利權）人: 中國人民武裝警察部隊工程大學
• 主分類號: H01L21/329
• 分類號: H01L21/329;H01L29/868;H01L29/06;H01L23/49
• 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: 王力文

本發明涉及半導體材料以及器件制造技術領域，公開了一種AlAs?GeSn?AlAs結構的高注入比異質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；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；利用多晶AlAs填充所述P型溝槽和所述N型溝槽，在襯底上形成GeSn合金引線，這種制備方法及其器件，使得載流子遷移率性能得到提升，能夠極大的提升本征區內部固態等離子體微波特性，從而使得硅基固態等離子體可重構天線的輻射效率得到很大程度的提升。

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 AlAs-GeSn-AlAs結構的高注入比異質PiN二極管的制備方法及其器件。

背景技術

固態等離子體器件橫向PiN二極管作為硅基高集成可重構天線基本輻射單元，其本征區內部等離子體濃度與分布直接決定了天線輻射性能。固態等離子體濃度除了受到二極管尺寸、載流子輸運機制以及微波特性的影響，二極管制備工藝對本征區內部載流子遷移率的影響也至關重要。固態等離子體PiN二極管在加直流偏壓時，直流電流會在其表面形成自由載流子(電子和空穴)組成的固態等離子體，該等離子體具有類金屬特性，即對電磁波具有反射與耦合作用，其反射特性與表面固態等離子體的微波傳輸特性、濃度及分布均勻性密切相關。

硅基固態等離子體可重構天線由PiN二極管構成，天線性能的優劣由器件決定。然而，傳統硅基固態等離子體可重構天線輻射效率低，限制了其在現代通信領域的應用。目前二極管制備工藝大多采用傳統半導體工藝流程，沒有對二極管的工藝方法進行優化，降低了載流子的遷移率性能，同時也降低了本征區內部的載流子的禁帶寬度，從而降低了本征區內部固態等離子體的微波特性，影響硅基固態等離子體可重構天線的輻射性能，限制了其在衛星通信、直升機以及抗干擾領域的應用。

因此，選擇何種材料及工藝來制作一種高注入比異質PiN二極管以應用于硅基高集成可重構天線就變得尤為重要。

發明內容

本發明提供一種AlAs-GeSn-AlAs結構的高注入比異質PiN二極管的制備方法及其器件，使得載流子遷移率性能得到提升，能夠極大的提升本征區內部固態等離子體微波特性，從而使得硅基固態等離子體可重構天線的輻射效率得到很大程度的提升。

本發明提供了一種AlAs-GeSn-AlAs結構的高注入比異質PiN二極管的制備方法，包括以下步驟：

(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；

(d1)在所述P型溝槽和所述N型溝槽內形成第一P型有源區和第一N型有源區；

(d2)在所述P型溝槽和所述N型溝槽內形成第二P型有源區和第二N型有源區，具體包括以下步驟：

(d21)利用多晶AlAs填充所述P型溝槽和所述N型溝槽；

(d22)平整化處理所述襯底后，在所述襯底表面上形成多晶AlAs層；

(d23)光刻所述多晶AlAs層，并采用帶膠離子注入的方法對所述P型溝槽和所述N型溝槽所在位置分別注入P型雜質和N型雜質，形成第二P型有源區和第二N型有源區且同時形成P型接觸區和N型接觸區；

(d24)去除光刻膠；

(d25)利用濕法刻蝕去除所述P型接觸區和所述N型接觸區以外的所述多晶AlAs層；