一种制备锗硅量子点共振隧穿二极管的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及制备锗硅量子点共振隧穿二极管的方法，特别是使用离子束溅射技术来制备共振隧穿二极管。
【背景技术】
[0002]量子点共振隧穿二极管(QDRTD)是2005年在国外发展起来的高灵敏度的可见、近红外光子探测器件。目前QDRTD的制备方法主要有化学气相沉积(CVD)和分子束外延技术(MBE)，这两种技术制备的QDRTD已成功得到应用，但是由于化学气相沉积设备和分子束外延设备价格高昂，存在着生产成本高、工艺复杂、生产效率低的问题，不利于大规模产业化生产。使用离子束溅射技术制备锗硅量子点，可获得高密度、小尺寸、大高宽比、尺寸均匀、可控性好的Ge量子点，且离子束溅射设备相对价格较低，易于操作。用这种技术制备的锗硅量子点不仅能与成熟的硅基大规模集成电路技术要求制作光电探测器的材料相容，而且易于大规模产业化生产。因此我们将这种技术应用在QDRTD的制备过程中。
[0003]经文献检索，未见有将离子束溅射技术及设备应用于QDRTD的制备过程的公开报道。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种制备锗硅量子点共振隧穿二极管的方法。其特征在于制备锗硅量子点时采用离子束溅射设备及技术，方法步骤如下:
[0005]S1.以P型重掺杂Si (118Cm-3)衬底为下电极接触层⑴，在其上生长一层Si缓冲层(2):将离子束溅射设备腔体温度加热到700°C，保温10分钟，然后溅射50nm厚度的Si缓冲层2 ；
[0006]S2.在Si缓冲层⑵上依次叠加制备多层Ge/Si量子点层(3)和Si隔离层(4):原位退火10分钟，溅射2.Snm的Ge，形成Ge/Si量子点层(3)，生长中断5分钟，在第一层Ge点上覆盖沉积20nm的Si隔离层(4)，完成后退火10分钟，以上为一个周期，依次根据器件需要完成多个周期的生长；
[0007]S3.在S3制备的Si隔离层⑷上面生长一层10nm的N型重掺杂Si (1018cm_3)作为上电极接触层(5)，在上电极接触层(5)上面沉积Al膜作为上电极(6)。
[0008]S4.在下电极接触层⑴的一边较低的台面上上沉积Au，作为下电极(7)；
[0009]以上即完成锗硅量子点共振隧穿二极管的制备。
[0010]二极管工作时，给上电极(6)、下电极(7)上加上偏压V。利用量子点俘获光生空穴，使得势阱能级和发射极费米能级对准，产生电流。
[0011]本发明与现有技术相比具有下列优点和效果有益效果:采用上述方案，即使用离子束溅射方法制备锗硅量子点共振隧穿二极管，使制备成本低、工艺简单、易于产业化生产，有效解决了制备锗硅量子点共振隧穿二极管的不足，是制备锗硅量子点共振隧穿二极管一种简易而高效的方法；在制备的过程中，直接采用P型重掺杂Si (1018cm_3)衬底作为下电极接触层，简化了制备工艺，也能达到同样的应用效果，且这样的P-1-N结构，既可以利用量子点做吸收层，又可以利用Pn结暗电流小的优点，提高探测器探测效率。
【附图说明】
[0012]图1为锗硅量子点共振隧穿二极管结构示意图。
[0013]附图中为下电极接触层，2为Si缓冲层，3为Ge/Si量子点层，4为Si隔离层，5为上电极接触层，6为上电极，7为下电极。
【具体实施方式】
[0014]如图1锗娃量子点共振隧穿二极管结构示意图所示。娃衬底是P型重掺杂Si，直接作为下电极接触层(I);在硅衬底上先生长一层Si缓冲层(2);在31缓冲层(2)的高面上依次间隔分布有Ge/Si量子点层(3)及Si隔离层(4)，共5层相叠加；在Si隔离层(4)上面为上电极接触层(5)，其上以Al膜作为上电极￠)，在下电极接触层(I)的一边较低的台面上沉积Au，作为下电极(7)，即做成锗硅量子点共振隧穿二极管。该结构采用离子束溅射设备制备，反应腔在氩气气氛下，温度控制在700°C在P型重掺杂Si(1018cm_3)衬底上直接制备量子点。本发明是通过以下步骤实现:
[0015]S1.以P型重掺杂Si (118Cm-3)作为为下电极接触层⑴，离子束溅射设备反应腔温度加热到700°C，保温10分钟，在下电极接触层(I)上溅射50nm厚度的Si缓冲层(2);
[0016]S2.原位退火10分钟，溅射2.8nm的Ge，完成第一层Ge/Si量子点层(3)生长，生长中断5分钟，进行第二层生长，在Ge/Si量子点层(3)上覆盖沉积20nm的Si隔离层(4)，完成后退火10分钟，以此为一个周期，按此方法和生长条件依次生长Ge/Si量子点层(3)和Si隔离层⑷各五层；
[0017]S3.在Si隔离层⑷上面生长一层10nm的N型重掺杂Si (118CnT3)作为上电极的接触层5，在上电极接触层(5)上面沉积Al膜作为上电极(6);
[0018]S4.在下电极接触层⑴的一边较低的台面上上沉积Au，作为下电极(7)；
[0019]至此，完成锗硅量子点共振隧穿二极管的制备。
【主权项】
1.一种制备锗硅量子点共振隧穿二极管的方法，其特征在于，使用离子束溅射设备，包括如下步骤: 51.以硅衬底为下电极接触层(I)，在其上生长一层Si缓冲层(2); 52.在Si缓冲层⑵上依次叠加制备多层Ge/Si量子点层(3)和Si隔离层(4); 53.在S3制备的Si隔离层上制备上电极接触层(5)，在上电极接触层(5)上制备上电极(6)； 54.在下电极接触层⑴的一边较低的台面上制备电极(7)。
2.如权利要求1所述的一种制备锗硅量子点共振隧穿二极管的方法，其特征在于:所述下电极接触层(I)为P型重掺杂Si。
3.如权利要求1所述的一种制备锗硅量子点共振隧穿二极管的方法，其特征在于:所述上电极接触层(5)为N型Si。
【专利摘要】本发明提供一种锗硅量子点共振隧穿二极管的制备方法，其特征在于采用离子束溅射技术和设备制备该器件，与现有技术相比具有下列优点和效果：采用上述方案，使制备成本降低、工艺简单、易于产业化生产，是制备锗硅量子点共振隧穿二极管一种简易而高效的方法；且在制备的过程中，直接采用P型重掺杂Si(1018cm-3)衬底作为下电极接触层，从下至上生长下电极、相间生长锗硅量子点和Si隔离层，然后在上面再长一层上电极接触层和上电极，此制备过程简化了制备工艺，并且能达到同样的应用效果。
【IPC分类】H01L31-18
【公开号】CN104576829
【申请号】CN201410836252
【发明人】姚锦涛, 王茺, 杨宇, 顾晓岚, 沈雷, 张丽红, 李芳
【申请人】张家港恩达通讯科技有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月24日