[發明專利]集成多晶硅超表面的砷化鎵基太赫茲探測器及制作方法

有效

• 申請號: 202210387745.2
• 申請日: 2022-04-14
• 公開（公告）號: CN114927585B
• 公開（公告）日: 2023-07-21
• 發明（設計）人: 王兵兵;陳雨璐;崔慧源;周宏;吳翼飛;劉文輝;王洋剛;董祚汝;陳棟;童武林;秦世宏;周揚州;徐方俊鵬;楊緒起;戴小宛;汪澤文;張傳勝;王曉東;曹俊誠
• 申請（專利權）人: 上海微波技術研究所（中國電子科技集團公司第五十研究所）
• 主分類號: H01L31/0304
• 分類號: H01L31/0304;H01L31/0236;H01L31/0224;H01L31/115;H01L31/18
• 代理公司: 上海段和段律師事務所 31334
• 代理人: 李源

本發明公開了一種集成多晶硅超表面的砷化鎵基太赫茲探測器及制作方法，制作方法包括：在高導砷化鎵襯底上，通過液相外延、分子束外延、離子注入、化學氣相沉積、快速熱退火、光刻、感應耦合等離子體刻蝕、電子束蒸發等工藝制作正、負電極和多晶硅超表面結構，完成器件封裝。本發明采用液相外延法生長砷化鎵摻硫吸收層，以及集成多晶硅超表面結構，可解決高導砷化鎵襯底無法外延生長高質量大厚度吸收層的問題，在保證晶體質量的前提下，達到對太赫茲輻射信號完全吸收的目的，提高了吸收效率及探測響應率。快速熱退火過程中采用多晶硅膜包覆法，避免了高溫過程中砷元素的析出以及砷化鎵晶體分解，提高了探測器的穩定性和工藝制備的成品率。

技術領域

本發明涉及一種太赫茲探測器件的制備工藝技術，具體地，涉及集成多晶硅超表面的砷化鎵基太赫茲探測器及制作方法。

背景技術

砷化鎵基阻擋雜質帶探測器可對100～600μm波段范圍內的太赫茲輻射進行有效探測。在民用、軍事和航空航天領域有著廣泛的應用前景。

目前，砷化鎵基太赫茲探測器主要采用阻擋雜質帶結構，制備方法有以下兩種：一種是采用高導砷化鎵襯底進行制備，經過現有技術的檢索，申請公布號為CN201710338696.2的發明專利及文獻“Optimization?of?Fabrication?Process?of?theMesa-Type?GaAs:Te?Blocked-Impurity-Band?Detector,ICICM,2017,168-172”(臺面型砷化鎵的制造工藝優化：TE阻斷雜質帶檢測器，ICICM,2017,168-172)采用高導砷化鎵襯底進行制備，無需另外進行其它摻雜工藝來形成電極接觸層，負電極可直接制作在高導砷化鎵襯底上，但需在高導砷化鎵襯底上依次外延生長砷化鎵摻雜吸收層以及高純砷化鎵阻擋層。為了達到完全吸收的目的，砷化鎵摻雜吸收層的厚度需生長幾十微米甚至上百微米，這么大厚度的吸收層給外延工藝帶來了極大的困難，造成了晶格缺陷的增加，晶格質量惡化，響應率降低和暗電流增加。

另一種采用高純砷化鎵襯底進行制備，經過現有技術的檢索，參考文獻“Spectralresponse?characteristics?of?novel?ionimplanted?planar?GaAs?blocked-impurity-band?detectors?in?the?terahertz?domain,OQE,2016,(48):518”(新型離子植入平面GaAs阻斷雜質帶太赫茲探測器的光譜響應特性，OQE,2016,(48):518)采用高純砷化鎵襯底進行制備，無需外延很厚的吸收層以及高純阻擋層，減小了制備工藝的難度，但需通過離子注入來形成吸收層，因離子注入的深度很有限(一般在2μm以內)，所以導致吸收層很薄，吸收效率低，從而限制了對太赫茲輻射的響應率。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明提供了一種集成多晶硅超表面的砷化鎵基太赫茲探測器及制作方法。采用液相外延法生長砷化鎵摻硫吸收層，以及集成多晶硅超表面結構，可解決高導砷化鎵襯底無法外延生長高質量大厚度吸收層的問題，可以在保證晶體質量的前提下，達到對太赫茲輻射信號完全吸收的目的，從而提高了吸收效率及探測響應率。快速熱退火過程中采用多晶硅膜包覆法，避免了高溫過程中砷元素的析出以及砷化鎵晶體分解，提高了探測器的穩定性和工藝制備的成品率。

為了實現上述發明目的，本發明提供了一種集成多晶硅超表面的砷化鎵基太赫茲探測器制作方法，具體包括：

步驟一、在高導砷化鎵襯底1上，采用液相外延工藝，生長砷化鎵摻硫吸收層2；

步驟二、在所述砷化鎵摻硫吸收層2的上表面，通過分子束外延工藝，生長高純砷化鎵阻擋層3；

步驟三、在所述高純砷化鎵阻擋層3表面，通過離子注入工藝，形成正電極接觸層4；

步驟四、在所述正電極接觸層4表面，通過化學氣相沉積工藝，生長多晶硅層；

步驟五、在所述多晶硅層表面，通過光刻、等離子體去膠、反應離子刻蝕等工藝，形成光刻對準標記；