[发明专利]一种可以降低InAs/GaSb超晶格长波红外探测器暗电流的表面钝化方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体材料与器件技术领域，涉及一种InAs/GaSb超晶格红外探测器暗电流的表面钝化技术方法。

背景技术

InAs/GaSbII类超晶格具有量子效率高，带间跃迁，暗电流较小的特点；可以通过调节应变及其能带结构，使重轻空穴分离变大，降低俄歇复合，提高工作温度；其InAs材料的导带在GaSb材料的价带之下，能带结构彼此错开，可以通过调节InAs/GaSb层厚及其相应的组分，调节能带结构，使得带隙可调，响应波长在3μm-30μm范围内可调。这些优势使得InAs/GaSb类超晶格作为第三代红外探测器的最具前景材料体系，使得以军用为核心的红外探测器发展迅速，并大量应用于通讯、夜视、地球资源探测、战略预警、报警、测温、大气监测等领域。

随着探测波长的扩展及要求器件台面尺寸不断较小，器件暗电流成为重要的性能指标，器件台面侧壁成为暗电流主要来源。目前采用了不同的清洁、化学处理、SiO₂钝化、Si_xN_y覆盖、(NH₄)₂S钝化、浅腐蚀台面隔离等技术手段来降低器件侧壁漏电流对于整体暗电流的贡献。尤其对于长波段红外探测器而言，降低器件侧壁漏电流成为研究的重点，其中SiO₂钝化由于技术成熟与现有半导体制备工艺相融合被广泛关注。目前SiO₂钝化技术被广泛应用于短波及中波红外探测器，典型生长温度为160℃、320℃、350℃，但是较高的生长温度被认为降低了器件性能，并在长波领域不能有效的改善暗电流。

发明内容

本发明的目的是结合现阶段半导体制备流程，提供一种可以降低InAs/GaSb超晶格红外探测器暗电流的表面钝化方法，减小器件暗电流，提高器件性能。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种可以降低InAs/GaSb超晶格长波红外探测器暗电流的表面钝化方法，包括以下步骤：

步骤1：取一衬底；

步骤2：在衬底上生长GaAs缓冲层；

步骤3：在GaAs缓冲层上生长p型GaSb缓冲层；

步骤4：在GaSb缓冲层上生长外延片，外延片包括p型InAs/GaSb超晶格层、InAs/GaSb超晶格吸收层、n型InAs/GaSb超晶格层、InAs盖层；

步骤5：采用标准光刻工艺技术及感应耦合等离子体刻蚀技术(ICP180)刻蚀露出p型InAs/GaSb超晶格层；

步骤6：在p型InAs/GaSb超晶格层和InAs盖层上利用磁控溅射技术沉积合金电极Ti/Pt/Au，并用丙酮溶液进行金属剥离、清洗；

步骤7：在剥离、清洗后的基片上，利用感应耦合等离子体化学气相沉(ICPCVD)技术在75℃下生长SiO₂高质量绝缘层薄膜，然后利用反应离子刻蚀技术(RIE)刻蚀露出电极，最后封装、测试。

本发明中，所述衬底材料为GaAs。

本发明中，所述GaAs缓冲层和p型GaSb缓冲层的生长温度分别为590℃~605℃、410℃~470℃，p型GaSb缓冲层掺杂源为Be，掺杂浓度为1~2×10¹⁸cm^-3。

本发明中，所述生长外延片中p型InAs/GaSb超晶格层，InAs/GaSb超晶格吸收层和n型InAs/GaSb超晶格层均为相同超晶格结构，p型InAs/GaSb超晶格层为GaSb层掺Be，掺杂浓度为1~2×10¹⁸cm^-3；n型InAs/GaSb超晶格层为InAs层掺Si，掺杂浓度为1~2×10¹⁸cm^-3。一个周期内固定GaSb层厚度为7ML，InAs层厚度由探测波长决定，生长温度为390℃~430℃，生长周期数分别为50，200~300，50。

本发明中，所述合金电极Ti/Pt/Au的厚度分别为50nm，50nm，300nm。

本发明中，SiO₂钝化技术主要参数为：生长温度75℃，RF功率150W，ICP功率2400W，所用源SiH₄流量为17SCCM-30SCCM，N₂O流量为80SCCM-100SCCM，N₂流量为100SCCM-200SCCM。