[发明专利]一种Si-GeSn-Si异质GeSn基固态等离子体PiN二极管及制备方法

说明书

本发明公开了一种Si‑GeSn‑Si异质GeSn基固态等离子体PiN二极管及制备方法，该制备方法包括选取GeOI衬底，并在GeOI衬底内掺杂形成顶层GeSn区；在衬底顶层GeSn区内设置深槽隔离区；刻蚀GeSn区形成P型沟槽和N型沟槽，P型沟槽和N型沟槽的深度小于顶层GeSn区的厚度；在P型沟槽和N型沟槽内采用离子注入形成P型有源区和N型有源区；在衬底上形成GeSn合金引线。本发明通过引入顶层GeSn区动态控制顶层Ge中Sn组分的含量使得本征区禁带宽度降低。Si‑GeSn‑Si异质结构的存在使得禁带宽度差可达到0.7eV，改善了载流子注入比，提升了固态等离子体浓度和分布均匀性。通过采用RPCVD的技术形成GeSn合金引线，取代传统二极管中的金属电极，极大的提高了天线系统集成度和隐身性能。

技术领域

本发明涉及半导体材料以及器件制造技术领域，具体涉及一种Si-GeSn-Si异质GeSn基固态等离子体PiN二极管及制备方法。

背景技术

固态等离子体天线由一系列SPiN(表面PiN)二极管阵列单元组成，二极管作为天线的基本辐射单元，通过施加合适的正向电压控制二极管本征区内固态等离子体区域的形成与消失使得天线的辐射区域发生动态变化从而实现天线性能的可重构。然而，传统固态等离子体PiN二极管本征区采用的半导体材料都是硅或者锗，硅或者锗材料的禁带宽度很大，形成的禁带宽度差值不大，使得器件的载流子注入比不高。此外，目前所研究的PiN二极管均是采用金属作为接触电极，金属电极的存在很大程度上影响了天线系统的集成性能和隐身性能，使得硅基固态等离子体PiN二极管在未来通信系统中的应用受到了限制。高性能的硅基PiN二极管可极大的提高天线系统集成度、抗干扰性能以及隐身性能，在直升机、雷达通信以及无人机等领域具有广阔的应用前景。

因此，选择何种材料及工艺来制作一种固态等离子体PiN二极管以应用于硅基高集成天线就变得尤为重要。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的问题，提供一种Si-GeSn-Si异质GeSn基固态等离子体PiN二极管及制备方法，通过在Si-GeSn-Si异质GeSn基固态等离子体PiN二极管的顶层Ge中掺杂Sn组分，顶层GeSn区的引入通过动态控制顶层Ge中Sn组分的含量使得本征区禁带宽度进一步降低。同时，Si-GeSn-Si异质结构的存在使得禁带宽度差可达到0.7eV，从而在很大程度上改善了载流子注入比，提升了固态等离子体浓度和分布均匀性。

本发明提供了一种Si-GeSn-Si异质GeSn基固态等离子体PiN二极管的制备方法，制备方法包括以下步骤：

(a)选取GeOI衬底，并在GeOI衬底内掺杂形成顶层GeSn区；

(b)在衬底顶层GeSn区内设置深槽隔离区；

(c)刻蚀所述GeSn区形成P型沟槽和N型沟槽，所述P型沟槽和N型沟槽的深度小于顶层GeSn区的厚度；

(d)在P型沟槽和N型沟槽内采用离子注入形成P型有源区和N型有源区；所述步骤(d)具体操作如下：

(d1)在所述P型沟槽和所述N型沟槽内形成第一P型有源区和第一N型有源区；

(d2)在所述P型沟槽和所述N型沟槽内形成第二P型有源区和第二N型有源区，具体操作如下；

(d21)利用多晶硅填充所述P型沟槽和所述N型沟槽；

(d22)平整化处理所述衬底后，在所述衬底表面上形成多晶硅层；

(d23)光刻所述多晶硅层，并采用带胶离子注入的方法对所述P型沟槽和所述N型沟槽所在位置分别注入P型杂质和N型杂质以形成第二P型有源区和第二N型有源区且同时形成P型接触区和N型接触区；

(d24)去除光刻胶；

(d25)利用湿法刻蚀去除所述P型接触区和所述N型接触区以外的所述多晶硅层；