集成多晶硅超表面的砷化镓基太赫兹探测器及制作方法技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。的成品率。的成品率。

【技术实现步骤摘要】
集成多晶硅超表面的砷化镓基太赫兹探测器及制作方法


[0001]本专利技术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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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的专利技术专利及文献“Optimization of Fabrication Process of the Mesa
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Type GaAs:Te Blocked
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Impurity
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Band Detector,ICICM,2017,168
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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
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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。
[0004]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“Spectral response characteristics of novel ionimplanted planar GaAs blocked
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impurity
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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。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的缺陷，本专利技术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。
[0006]为了实现上述专利技术目的，本专利技术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：
[0007]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；
[0008]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；
[0009]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；
[0010]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；
[0011]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；
[0012]步骤六、在所述多晶硅层表面，通过光刻、等离子体去胶、感应耦合等离子体刻蚀等工艺，开正电极孔；
[0013]步骤七、在所述正电极孔内，通过光刻、等离子体去胶、电子束蒸发、电极剥离、电极退火等工艺，形成正电极；
[0014]步骤八、在所述多晶硅层表面，通过光刻、等离子体去胶、感应耦合等离子体刻蚀等工艺，形成多晶硅超表面；
[0015]步骤九、在所述多晶硅层表面，通过划片、贴片、金丝球焊等工艺，完成负电极引线9、正电极引线10和封装器件。
[0016]优选的，所述步骤一中高导砷化镓衬底1厚度为400～500μm，所述高导砷化镓衬底1掺杂硫元素，所述高导砷化镓衬底1电阻率为0.001～0.003Ω*cm。
[0017]优选的，所述步骤一中砷化镓掺硫吸收层)掺杂硫元素，掺杂浓度为5
×
优选的，所述步骤二中高纯砷化镓阻挡层3外延厚度为5～10μm。
[0018]优选的，所述步骤三中离子注入法注入元素包括硫元素，注入能量为10～50keV，注入剂量为5
×
1013～5
×
1014cm
‑
2，注入角度为7度。
[0019]优选的，所述步骤四中多晶硅层生长厚度为25μm。
[0020]优选的，所述步骤六中正电极孔的制作方法为感应耦合等离子体刻蚀法，所述感应耦合等离子体刻蚀法刻蚀深度为25μm。
[0021]优选的，所述步骤七中正电极的制作方法为电子束蒸发法，所述电子束蒸发法包括从下到上依次蒸镀金锗合金(AuGe)、镍(Ni)和金(Au)，所述蒸镀金锗合金的厚度为50nm，所述蒸镀镍的厚度为30nm，所述蒸镀金的厚度为150nm；所述电极退火工艺的保护气氛包括氮气，所述电极退火工艺退火温度为400～450℃，所述电极退火工艺退火保持时间为100～120s。
[0022]优选的，所述步骤八中多晶硅超表面的制作方法为感应耦合等离子体刻蚀法，所述感应耦合等离子体刻蚀法刻蚀深度为25μm，所述多晶硅超表面包括亚波长多晶硅光栅超表面6，所述亚波长多晶硅光栅超表面6光栅周期为125μm，所述亚波长多晶硅光栅超表面6光栅宽度25μm，所述亚波长多晶硅光栅超表面6光栅间隔为100μm。
[0023]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0024]1、本专利技术采用液相外延工艺生长砷化镓掺硫吸收层，相对于化学气相沉积来说，具有生长厚度大，晶格质量高，缺陷密度小等优点，能够达到完全吸收太赫兹辐射的效果。
[0025]2、本专利技术在阻挡层表面集成多晶硅超表面结构，相对于金属超表面结构来说，具有欧姆损耗小，趋肤深度大等优点，吸收增强效果更明显。
[0026]3、本专利技术快速热退火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。
附图说明
[0027]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0028]图1为本专利技术涉及的一种集成多晶硅超表面的砷化镓基太赫兹探测器的剖面结构示意图；
[0029]图2为本专利技术提出的一种集成多晶硅超表面的砷化镓基太赫兹探测器的制作工艺流程图；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种集成多晶硅超表面的砷化镓基太赫兹探测器制作方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、在高导砷化镓衬底(1)上，通过液相外延工艺，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；步骤六、在所述多晶硅层表面，通过光刻、等离子体去胶、感应耦合等离子体刻蚀等工艺，开正电极孔；步骤七、在所述正电极孔内，通过光刻、等离子体去胶、电子束蒸发、电极剥离、电极退火等工艺，形成正电极；步骤八、在所述多晶硅层表面，通过光刻、等离子体去胶、感应耦合等离子体刻蚀等工艺，形成多晶硅超表面；步骤九、在所述多晶硅层表面，通过划片、贴片、金丝球焊等工艺，完成负电极引线(9)、正电极引线(10)和封装器件。2.根据权利要求1所述的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，其特征在于，所述步骤一中高导砷化镓衬底(1)厚度为400～500μm，所述高导砷化镓衬底(1)掺杂硫元素，所述高导砷化镓衬底(1)电阻率为0.001～0.003Ω*cm。3.根据权利要求1所述的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，其特征在于，所述步骤一中砷化镓掺硫吸收层(2)掺杂硫元素，掺杂浓度为5
×
10
15
～5
×
10
16
cm
‑3，所述砷化镓掺硫吸收层(2)外延厚度为200～300μm。4.根据权利要求1所述的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，其特征在于，所述步骤二中高纯砷化镓阻挡层(3)外延厚度为5～10μm。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：王兵兵，陈雨璐，崔慧源，周宏，吴翼飞，刘文辉，王洋刚，董祚汝，陈栋，童武林，秦世宏，周扬州，徐方俊鹏，杨绪起，戴小宛，汪泽文，张传胜，王晓东，曹俊诚，
申请(专利权)人：上海微波技术研究所中国电子科技集团公司第五十研究所，
类型：发明
国别省市：