[发明专利]垂直台面型锗掺镓太赫兹焦平面探测器及其制备方法

说明书

本发明提供了一种垂直台面型锗掺镓太赫兹焦平面探测器及其制备方法，包括：高导锗衬底，所述高导锗衬底的一面依次层叠设置有锗掺镓吸收层、正电极接触区以及氮化硅钝化层，所述氮化硅钝化层通过开孔形成有正电极孔；所述高导锗衬底的另一面设置有负电极接触区。本发明采用高导锗衬底外延锗掺镓吸收层，解决平面型探测器中离子注入形成吸收层厚度受限的问题，便于调控吸收层的掺杂浓度和厚度，提高吸收层对长波红外辐射的吸收效率及器件响应率；采用垂直台面型光电导结构设计，避免了本征层的生长，降低了工艺难度，同时较厚的吸收层也提升了器件的吸收能力，有利于大阵列焦平面器件制备，可以有效降低像元间串扰，从而减弱器件的噪声。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体地，涉及一种垂直台面型锗掺镓太赫兹焦平面探测器及其制备方法。

背景技术

锗掺镓太赫兹探测器工作在5K以下的低温环境中，可对1.5-6.0THz(50～200μm)频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，锗掺镓太赫兹探测器主要采用以下两种制备方法：一种是平面式结构制备工艺，另一种是垂直型结构制备工艺。平面式结构制备工艺是在高阻衬底上通过离子注入形成吸收层，并利用高阻衬底未离子注入区作为阻挡层，见Beeman J W,Goyal S,Reichertz L A,et al.Ion-implanted Ge:B far-infrared blocked-impurity-banddetectors[J].Infrared PhysicsTechnology,2007,51(1):60-6。这种制备方法的缺点是离子注入形成的吸收层厚度受限，一般不超过2μm，限制了器件的响应率；同时，离子注入造成了大量缺陷，容易导致器件的暗电流过大。垂直型结构制备工艺通常是在高导衬底上依次连续外延生长吸收层和阻挡层，正电极设置在阻挡层的顶部，负电极设置在高导衬底的底部(廖开升，刘希辉，黄亮，李志锋，李宁，戴宁，“天文用阻挡杂质带红外探测器”，中国科学：物理学力学天文学，2014,44:360–367)。这种制备方法的缺点是目前本征锗材料外延工艺难度极高，且成本昂贵；另外，由于锗材料吸收系数低，由吸收层和阻挡层形成的耗尽区吸收会很少。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种垂直台面型锗掺镓太赫兹焦平面探测器及其制备方法。

根据本发明提供的一种垂直台面型锗掺镓太赫兹焦平面探测器，包括：高导锗衬底1；

所述高导锗衬底1的一面依次层叠设置有锗掺镓吸收层2、正电极接触区3以及氮化硅钝化层5，所述氮化硅钝化层5通过开孔形成有正电极孔6；

所述高导锗衬底1的另一面设置有负电极接触区4。

优选地，还包括正电极7、负电极8，所述正电极7通过所述正电极孔6与所述正电极接触区3连接，所述负电极8连接在所述负电极接触区4。

根据本发明提供的一种垂直台面型锗掺镓太赫兹焦平面探测器的制备方法，包括：

在高导锗衬底1的一面通过外延生长锗掺镓吸收层2和掺杂；

在锗掺镓吸收层2上形成正电极接触区3；

在正电极接触区3上形成台面结构，在所述台面结构上形成氮化硅钝化层5；

在氮化硅钝化层5开设正电极孔6；

在正电极孔6、负电极接触区4形成正电极7、负电极8，并加厚正电极7、负电极8。

优选地，高导锗衬底1中掺杂有镓元素，掺杂浓度大于5×10¹⁸cm^-3，电阻率小于0.002Ω·cm。