[发明专利]一种硅基横向PiN二极管的制备方法、器件及高集成隐身天线

说明书

本发明涉及一种硅基横向Pi N二极管的制备方法、器件及高集成隐身天线，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型沟槽内生成多晶GaAs层，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，完成具有GaAs‑GeSn‑GaAs异质结构的硅基横向P i N二极管的制备。本发明通过动态控制顶层Ge中Sn的含量及引入GeSn合金引线能制备具有GaAs‑GeSn‑GaAs异质结构的硅基横向Pi N二极管，以便制作高集成隐身天线。

技术领域

本发明涉及半导体材料以及器件制造技术领域，特别涉及一种硅基横向PiN二极管的制备方法、器件及高集成隐身天线。

背景技术

硅基横向表面PiN二极管通过在本征区内部形成高浓度的固态等离子体，可作为新一代高集成隐身天线系统的基本辐射单元。当合适的正向电压施加在PiN二极管两端时，载流子在电场作用下开始漂移运动，P区内的空穴和N区内的电子大量注入到本征区中，电子与空穴在本征区内部复合形成电流。随着正向电压的增加，注入到本征区内部的载流子进一步增加，本征区内部积累了大量的载流子从而形成固态等离子体。此时PiN二极管由于等离子体的存在电阻率很小，相当于一个良好的导体。

但是目前所研究的传统PiN二极管采用硅或者锗半导体材料作为本征辐射区域，硅或者锗材料载流子迁移率低、禁带宽度大，使得二极管内部固态等离子体浓度不高且分布不均匀，制约了硅基PiN二极管在直升机、航空航海以及卫星通信等领域的应用。

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隐身天线就变得尤为重要。

发明内容

为解决上述现有技术存在的技术缺陷和不足，本发明提供一种硅基横向PiN二极管的制备方法、器件及高集成隐身天线，在PiN二极管结构中引入了顶层GeSn区，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，砷化镓作为高速半导体材料，具有迁移率高、介电常数小，能引入深能级杂质、电子有效质量小，能带结构特殊等优势，通过GaAs-GeSn-GaAs异质结构的引入，可极大的改善载流子大注入输运，提高固态等离子体PiN二极管微波特性。

本发明的技术方案是：

一种硅基横向PiN二极管的制备方法，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型沟槽内生成多晶GaAs层，采用离子注入形成P型有源区和N型有源区；

(e)在衬底上形成GeSn合金引线，以完成具有GaAs-GeSn-GaAs异质结构的硅基横向PiN二极管的制备。

优选的，步骤(a)中在GeOI衬底内掺杂形成顶层GeSn区，包括以下步骤：

(a1)光刻所述GeOI衬底；

(a2)对所述GeOI衬底进行Sn组分掺杂，形成顶层GeSn区，通过动态的控制顶层Ge中Sn组分的含量以实现载流子最大注入比；

(a3)去除光刻胶。

优选的，步骤(b)中在衬底顶层GeSn区内设置深槽隔离区，包括以下步骤：

(b1)在所述GeSn区表面制备第一复合保护层；

(b2)利用光刻工艺在所述第一复合保护层上形成隔离区图形；