[发明专利]斜切6°GOS衬底、短波红外焦平面像元及其制备方法

说明书

本发明涉及一种斜切6°GOS衬底、短波红外焦平面像元及其制备方法。一种斜切6°GOS衬底，包括由下至上的SiN_x层、掺杂多晶硅层、蓝宝石衬底、介质堆叠层、斜切6°锗层，其中x≠0。本发明解决了III‑V族材料外延生长中存在的晶格失配大、热失配高等问题，提高了III‑V族材料外延材料的质量及以此为基础的短波红外焦平面像元等器件的响应度，降低了器件暗电流。

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别涉及一种斜切6°GOS衬底、短波红外焦平面像元及其制备方法。

背景技术

基于III-V族短波红外材料体系的短波红外焦平面拥有高灵敏度、高均匀性、高稳定性等特点，其响应波段可覆盖0.9～3.0μm的范围。然而，商业化的III-V 族短波红外焦平面面临晶圆尺寸小、制造成本高、阵列规模小等缺点，用低成本的大尺寸衬底替代高成本的小尺寸衬底是一种必然趋势。蓝宝石衬底不仅具备大尺寸、制造工艺成熟的特性，还兼具低成本的优势，因此，在蓝宝石衬底上实现高性能III-V族短波红外焦平面是支撑低成本短波红外成像技术发展的重要技术途径之一，其技术难点在于直接在蓝宝石衬底上外延III-V族短波红外材料面临晶格失配大、热失配高等问题。

为此，提出本发明。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种斜切6°GOS衬底、短波红外焦平面像元及二者的制备方法，解决了III-V族材料外延生长中存在的晶格失配大、热失配高等问题，提高了III-V族材料外延材料的质量及以此为基础的短波红外焦平面像元等器件的响应度，降低了器件暗电流。

为了实现以上目的，本发明提供了以下技术方案。

本发明的第一方面提供了一种斜切6°GOS衬底，包括由下至上的SiN_x层、掺杂多晶硅层、蓝宝石衬底、介质堆叠层、斜切6°锗层，其中x≠0。

无论与普通的GOI衬底相比，还是与III-V-OI衬底相比，本发明提供的斜切6°GOS衬底因具有6°斜切角度、晶体质量高，可以提高在其上外延的III-V 族材料的质量，减小缺陷密度，避免了晶格失配大、热失配高等问题。

另外，本发明因上述特定的叠层结构还可以达到以下效果：

一方面，本发明提供的斜切GOS衬底中的介质堆叠层拥有谐振腔效应，当用于短波红外焦平面像元时可明显提升响应度；

另一方面，在蓝宝石衬底上增加掺杂多晶硅层可以使其具有类似硅晶圆的光学和电学性质，这些性质可以被以硅晶圆为衬底的器件加工设备所识别，从而避免加工设备的不兼容问题；

又一方面，由于短波红外焦平面像元等半导体器件在加工过程中会涉及湿法刻蚀或其他腐蚀等步骤，该腐蚀容易损伤掺杂多晶硅层，而本发明增加了SiN_x层能够避免以上损伤问题，提高器件的质量可靠性。

本发明中的介质堆叠层可以多种介质材料的堆叠，或者相同介质材料的多层堆叠。

例如，在一些实施例中，所述介质堆叠层为多层氧化硅的堆叠，或者氧化硅与氧化铝的交叉堆叠，或者多层氧化铝的堆叠。

在一些实施例中，所述介质堆叠层包括氧化硅层和氧化铝层，并且氧化硅层靠近所述蓝宝石衬底。

在一些实施例中，所述斜切6°锗层的厚度为100～500nm，其具有更低的缺陷密度。

在一些实施例中，所述掺杂多晶硅层的厚度为2000nm以上，电阻优选达到0.001～1000Ohm·cm。这种性质的多晶硅层可以被现有的晶圆加工设备准确识别。

在一些实施例中，所述SiN_x层的厚度为50～500nm，可以充分保护掺杂多晶硅不被腐蚀。

本发明的第二方面提供了一种斜切6°GOS衬底的制备方法，包括：