专利名称：一种红外探测器用的硅锗/硅异质结材料的制作方法
技术领域：
本发明属红外探测器技术领域，具体涉及一种制作红外探测器的硅锗/硅异质结材料。
SiGe/Si(硅锗/硅)异质结内光电发射红外探测器(以下简称SiGe/Si探测器)是九十年代发展起来的一种硅基探测器。由于硅的禁带宽度为1.1ev，锗的禁带宽度为0.67ev，因而这二种材料都无法用来研制工作波长大于1.5μm的探测器。SiGe/Si探测器是利用SiGe合金与Si材料之间的能带偏移而工作的。在红外辐照下，SiGe中的空穴跃迁过SiGe与Si之间的价带的势垒，形成光电流。这种探测器是一种光伏型的探测器。SiGe/Si探测器自问世以来，人们的工作一直集中于研制波长大于8μm的红外探测器。这种探测器固然有其在应用上的重要性，但是工作于该波段的SiGe/Si探测器有一个十分严重的缺点，就是工作温度太低，它只能在低于50K的温度下才可工作，因而必须配备特制的制冷机，无法用液态氮作致冷剂工作。这给应用带来很多的麻烦和困难，也带来了很多的限制。3-5μm波段是另一个重要的大气红外窗口。人们希望获得一种能够工作于3-5μm波段，且能在较高温度下工作的SiGe/Si红外探测器的异质结材料。
本发明的目的在于提出一种能够工作于3-5μm波段，而且能在较高温度下工作的SiGe/Si红外探测器的异质结材料。
本发明提出的SiGe/Si红外探测器的异质结材料，其中Si1-xGex合金的组份如为0.45≤x≤0.55，较佳的为0.47≤x≤0.50，其厚度为100-120埃。P型掺杂浓度为1020/cm3数量级，掺杂源为B2O3。
由上述SiGe/Si异质结材料作为红外窗口制得的红外探测器，其工作波段为3-5μm，工作温度大于80K，最高可达105K。从而使SiGe/Si红外探测器的应用范围更为广阔。例如，在室温环境中可用液态氮作致冷剂进行工作，在太空环境中(环境温度105K)可不需任何致冷剂而工作；探测器还具有高的黑体响应率和黑体探测率；可用直径为75cm或更大尺寸的硅片研制，成品率高；均匀性好，适宜于制作大规模的红外探测器焦平面阵列。
上述SiGe/Si异质结材料可采用分子束外延技术制备，具体步骤如下1、对硅衬底进行化学处理(1)在H2SO4和H2O2的混合液中高温处理。H2SO4和H2O2的比例一般为H2SO4∶H2O2=2∶1～4∶1，在混合液中煮沸，时间一般为2-5分钟即可。倒去溶液，用去离子水冲洗，然后超声清洗。
(2)在NH4OH、H2O2和H2O混合溶液中高温处理。该混合溶液的比例一般可为以NH4OH为1个单位体积，H2O2为1.5-2.5个单位体积，H2O为4.5-5.5个单位体积。在混合溶液中煮沸，时间一般为2-5分钟。倒去溶液，用去离子水冲洗。
(3)在HCl、H2O2和H2O的混合溶液中高温处理。该混合溶液的比例一般可为以HCl为一个单位体积，H2O2为1.5-2.5个单位体积，H2O为7-9个单位体积。在混合溶液中煮沸，时间一般为2-5分钟。倒去溶液，用去离子水冲洗。
(4)在浓硝酸中高温处理。一般煮沸2-4分钟，用去离子水冲洗。然后用HF的水溶液漂洗，再用去离子水冲洗。HF水溶液的浓度为8-12％。
(5)再在HCl、H2O2和H2O的混合溶液中高温处理。温合溶液的比例为以HCl为一个单位体积，H2O2为0.3-0.4个单位体积，H2O为0.3-0.4个单位体积。在混合液中煮沸，时间一般为2-5分钟。用去离子水和超声清洗，再用甩片机将硅片甩干，然将硅片装入分子束外延用的钼块(样品架)。
2、SiGe/Si异质结材料的分子束外延生长(1)对Ge源、Si源和P型掺杂源B2O3作除气预处理。
(2)在分子束外延系统的预处理室中，将硅片在280-350℃范围内加热，时间一般可为3-5分钟。
(3)将硅片在生长室中加热至900-950℃，直到能看到表面的RHEED2×1图样。
(4)将硅片温度降至520-550℃。
(5)打开Si源、Ge源和B2O3的快门，进行处延生长。
(6)控制生长条件如下Si和Ge的淀积速率控制在每秒0.1-0.6埃；Ge在SiGe中的组份比例为45-55％；P型掺杂的浓度为1020/cm3数量级；SiGe的厚度为100-120埃。
按上述方法制得的SiGe材料能够满足前述要求。
实施例，制作SiGe异质结材料Si1-xGx，这里取x=0.48。其制作步骤如下1、对硅衬底化学处理(1)在H2SO4∶H2O2=3∶1(为体积比，下同)煮沸3分钟，倒去溶液，用去离子水冲洗，然后超声清洗。
(2)在NH4OH∶H2O2∶H2O=1∶2∶5溶液中煮沸。倒去溶液，用去离子水冲洗。
(3)在HCl∶H2O2∶H2O=1∶2∶8溶液中煮沸。倒去溶液，用去离子水冲洗。可以重复(2)、(3)各一次。
(4)在浓硝酸中煮3分钟，用去离子水冲洗。然后用HF∶H2O=1∶10的溶液漂洗15秒，再用去离子水冲洗。重复此步骤2-3次。
(5)在HCl∶H2O2∶H2O=3∶1∶1溶液中煮沸3分钟。用去离子水和超声清洗2-3次。用甩片机将硅片甩干。将硅片装入分子束外延用的专用钼块(样品架)。
2、SiGe/Si异质结材料的分子束外延生长(1)Ge源、Si源和p型掺杂源B2O3作预处理，彻底除气。
(2)在分子束外延系统的预处理室中，将硅片在300℃加热4分钟。
(3)将硅片在生长室中加热至900-950℃，直到能看到表面的RHEED2×1图样。
(4)将硅片温度降低至520-550℃。
(5)打开Si源，Ge源和B2O3的快门，进行外延生长。
(6)严格控制生长条件，使Si与Ge的淀积速率控制在每秒0.5埃左右。Ge在SiGe中的组分为48％,p型掺杂的浓度为1020/cm3数量级，SiGe的厚度为100-120埃。
由上述步骤制得的SiGe材料，具有优良的性能，其工作波段可在3-5μm，最高工作温度105K。
权利要求
1.一种SiGe/Si红外探测器的异质结材料，其中SiGe合金的组份如下Si1-xGex0.45≤x≤0.55,其厚度为100-120埃，p型掺杂源为B2O3,p型掺杂浓度为1020/cm3数量级。
2.根据权利要求1所述的SiGe/Si红外探测器的异质结材料，其特征在于所述的x为0.47≤x≤0.50。
3.一种SiGe/Si红外探测器的异质结材料的制备方法，其步骤如下(一)对硅衬底进行化学处理(1)在H2SO4和H2O2的混合液中高温处理，H2SO4和H2O2的比例为H2SO4∶H2O2=2∶1-4∶1，在混合液中煮沸2-5分钟，倒去溶液，用去离子水冲洗，然后超声清洗；(2)在NH4OH、H2O2和H2O混合溶液中高温处理，该混合溶液的比例为以NH4OH为1个单位体积，H2O2为1.5-2.5个单位体积，H2O为4.5-5.5个单位体积，在混合溶液中煮沸2-5分钟，倒去溶液，用去离子水冲洗；(3)在HCl、H2O2和H2O混合溶液中高温处理，该混合溶液的比例为以HCl为一个单位体积，H2O2为1.5-2.5个单位体积，H2O为7-9个单位体积，在混合溶液中煮沸2-5分钟，倒去溶液，用去离子水冲洗；(4)在浓硝酸中煮沸2-4分钟，用去离子水冲洗，然后用浓度为8-12％HF的水溶液漂洗，再用去离子水冲洗；(5)再在HCl、H2O2和H2O混合溶液中高温处理，温合溶液的比例为以HCl为一个单位体积，H2O2为0.3-0.4个单位体积，H2O为0.3-0.4个单位体积，在混合液中煮沸2-5分钟，用去离子水和超声清洗，再用甩片机将硅片甩干，然将硅片装入分子束外延用的钼块；(二)分子束外延生长(1)对Ge源、Si源和P型掺杂源B2O3作除气预处理；(2)在分子束外延系统的预处理室中，将硅片在280-350℃范围内加热3-5分钟；(3)将硅片在生长室中加热至900-950℃，直到能看到表面的RHEED2×1图样；(4)将硅片温度降至520-550℃；(5)打开Si源、Ge源和B2O3的快门，进行处延生长；(6)控制生长条件如下Si和Ge的淀积速率控制在每秒0.1-0.6埃；Ge在SiGe中的组份比例为45-55％；B2O3的P型掺杂的浓度为1020/cm3数量级；SiGe的厚度为100-120埃。
全文摘要
本发明属于红外探测器技术领域,具体为一种红外探测器的SiGe/Si异质结材料,其中SiGe的组份为:Si
文档编号H01L31/0264GK1324115SQ0111320
公开日2001年11月28日 申请日期2001年6月29日 优先权日2001年6月29日
发明者张翔九, 胡际璜 申请人:复旦大学