[发明专利]一种锗隧穿二极管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及高速半导体器件和量子器件领域，具体是一种锗隧穿二极管及其制备方法。

背景技术

随着摩尔定律渐近极限以及消费的不断升级，高速器件的制程方法已经引起科研院校和企业的高度重视。而锗隧穿二极管具有电流密度大，工作速度快，独特的微分负阻特性，易于和目前硅工艺制作技术相结合等优点，可以广泛应用于RF射频电路，高速振荡器，存储器，多值逻辑电路等电路中。在不久的将来，高速电路的硅器件中就要加入锗，或者完全变成锗，而其他元素砷化镓等毒性很大，利用此元素制作高速器件成本很高，不利于普及。目前国内外各大公司都在开发锗器件工艺制程，所以，锗隧穿二极管器件是未来高速电路的明星器件。

在美国专利US6229153公布了一种采用GaAs/ALGaAs/InGaAs材料制备共振隧穿二极管的方法。但是该方法造价高，又与当前主流的硅工艺不兼容等问题，使其不易普及推广。国内专利200410006243.2和专利2006101472220.2公布的隧穿二极管制备方法都是用气相外延生长法，这种方法材料成本贵，也不易普及推广。

利用气相外延工艺在三五族化合物上生长带宽略微不匹配的材料，以形成量子阱促成电子隧穿。三五族化合物(例如GaAs)制备过程有毒性物质，对制备的仪器及安全要求高，造成制备成本过高。同时在以硅工艺为主的大规模集成工业制程中，因为成本和技术可容性问题，目前尚无法将三五族材料和工艺与主流硅工艺结合。这两个缺点使得现有技术只能应用在军事等特殊领域，无法大规模应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，克服上述现有技术的不足，提供一种同类型中隧穿器件电流密度最高的的锗隧穿二极管，同时提供一种成本低廉的锗隧穿二极管制备方法。

为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案：

一种锗隧穿二极管的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：使用低掺杂锗片为基片，采用旋涂掺杂法使基片掺杂为重掺杂n型锗片；

步骤2：采用金属淀积法用铝覆盖重掺杂n型锗片的中部；

步骤3：光刻后以湿法蚀刻法形成台地；

步骤4：采用等离子体化学气相沉积法沉积氮化镓覆盖台地；

步骤5：采用快速退火工艺，使铝及表面的锗溶解为液体，形成铝锗共镕液，上覆氮化镓作为微型坩埚使铝锗共镕液保持稳定；

步骤6：快速退火后冷却，形成重掺杂p型锗，与原重掺杂n型锗形成隧穿二极管。

作为锗隧穿二极管的制备方法的一种优选的制备方法，快速退火工艺的温度为500℃到700℃，铝锗共镕液高度为100nm到120nm。

更进一步的，快速退火工艺的温度优选为600℃，铝锗共镕液高度优选为110nm。

作为本发明所述的锗隧穿二极管的制备方法所制得的产品，一种锗隧穿二极管，包括自下而上依次迭置的重掺杂n型锗衬底、重掺杂p型锗层、铝锗合金层、氮化镓化合物层。

作为对锗隧穿二极管产品的优选，重掺杂p型锗层高度为50nm-70nm。

作为对锗隧穿二极管产品的最佳选择，重掺杂p型锗层高度为60nm。

本发明的制备方法基于锗，不用气相外延生长工艺，而是利用简单的旋涂掺杂，以及熔体快速生长液相外延法，使得隧穿二极管制成更均匀，实现的隧穿器件电流密度是同类型里最高的。所以本发明的制备方法具有材料设备成本低，与现有硅工艺可兼容的优点，解决了现有技术的缺点。制备过程所用的材料如锗，旋涂掺杂，铝成本都不高，无毒害。所用仪器如等离子体化学气相沉积和快速退火均广泛用于工业界硅的大规模集成工业制造。

锗与硅属于同一组中的周期表，所有的化学相似性，因此，本发明的制备方法也可以用于硅。

同时，本发明提供了一种应用该制备方法得到的锗隧穿二极管，该隧穿二极管相比现有的隧穿二极管更均匀，实现的隧穿器件电流密度是同类型里最高的。

相似地，用本发明的制备方法得到的硅锗隧穿二极管，也具有类似的优点。

附图说明

图1为铝层覆盖锗片形成台地时的示意图；

图2为氮化镓覆盖台地时的示意图；

图3为形成铝锗共镕液时的示意图；

图4为锗隧穿二极管的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明，但不限于此。

图1到图4分别是锗隧穿二极管制备方法在不同步骤中的结构示意图。