[发明专利]集成多晶硅超表面的砷化镓基太赫兹探测器及制作方法

说明书

本发明公开了一种集成多晶硅超表面的砷化镓基太赫兹探测器及制作方法，制作方法包括：在高导砷化镓衬底上，通过液相外延、分子束外延、离子注入、化学气相沉积、快速热退火、光刻、感应耦合等离子体刻蚀、电子束蒸发等工艺制作正、负电极和多晶硅超表面结构，完成器件封装。本发明采用液相外延法生长砷化镓掺硫吸收层，以及集成多晶硅超表面结构，可解决高导砷化镓衬底无法外延生长高质量大厚度吸收层的问题，在保证晶体质量的前提下，达到对太赫兹辐射信号完全吸收的目的，提高了吸收效率及探测响应率。快速热退火过程中采用多晶硅膜包覆法，避免了高温过程中砷元素的析出以及砷化镓晶体分解，提高了探测器的稳定性和工艺制备的成品率。

技术领域

本发明涉及一种太赫兹探测器件的制备工艺技术，具体地，涉及集成多晶硅超表面的砷化镓基太赫兹探测器及制作方法。

背景技术

砷化镓基阻挡杂质带探测器可对100～600μm波段范围内的太赫兹辐射进行有效探测。在民用、军事和航空航天领域有着广泛的应用前景。

目前，砷化镓基太赫兹探测器主要采用阻挡杂质带结构，制备方法有以下两种：一种是采用高导砷化镓衬底进行制备，经过现有技术的检索，申请公布号为CN201710338696.2的发明专利及文献“Optimization of Fabrication Process of theMesa-Type GaAs:Te Blocked-Impurity-Band Detector,ICICM,2017,168-172”(台面型砷化镓的制造工艺优化：TE阻断杂质带检测器，ICICM,2017,168-172)采用高导砷化镓衬底进行制备，无需另外进行其它掺杂工艺来形成电极接触层，负电极可直接制作在高导砷化镓衬底上，但需在高导砷化镓衬底上依次外延生长砷化镓掺杂吸收层以及高纯砷化镓阻挡层。为了达到完全吸收的目的，砷化镓掺杂吸收层的厚度需生长几十微米甚至上百微米，这么大厚度的吸收层给外延工艺带来了极大的困难，造成了晶格缺陷的增加，晶格质量恶化，响应率降低和暗电流增加。

另一种采用高纯砷化镓衬底进行制备，经过现有技术的检索，参考文献“Spectralresponse characteristics of novel ionimplanted planar GaAs blocked-impurity-band detectors in the terahertz domain,OQE,2016,(48):518”(新型离子植入平面GaAs阻断杂质带太赫兹探测器的光谱响应特性，OQE,2016,(48):518)采用高纯砷化镓衬底进行制备，无需外延很厚的吸收层以及高纯阻挡层，减小了制备工艺的难度，但需通过离子注入来形成吸收层，因离子注入的深度很有限(一般在2μm以内)，所以导致吸收层很薄，吸收效率低，从而限制了对太赫兹辐射的响应率。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供了一种集成多晶硅超表面的砷化镓基太赫兹探测器及制作方法。采用液相外延法生长砷化镓掺硫吸收层，以及集成多晶硅超表面结构，可解决高导砷化镓衬底无法外延生长高质量大厚度吸收层的问题，可以在保证晶体质量的前提下，达到对太赫兹辐射信号完全吸收的目的，从而提高了吸收效率及探测响应率。快速热退火过程中采用多晶硅膜包覆法，避免了高温过程中砷元素的析出以及砷化镓晶体分解，提高了探测器的稳定性和工艺制备的成品率。

为了实现上述发明目的，本发明提供了一种集成多晶硅超表面的砷化镓基太赫兹探测器制作方法，具体包括：

步骤一、在高导砷化镓衬底1上，采用液相外延工艺，生长砷化镓掺硫吸收层2；

步骤二、在所述砷化镓掺硫吸收层2的上表面，通过分子束外延工艺，生长高纯砷化镓阻挡层3；

步骤三、在所述高纯砷化镓阻挡层3表面，通过离子注入工艺，形成正电极接触层4；

步骤四、在所述正电极接触层4表面，通过化学气相沉积工艺，生长多晶硅层；

步骤五、在所述多晶硅层表面，通过光刻、等离子体去胶、反应离子刻蚀等工艺，形成光刻对准标记；