[发明专利]提高锗材料N型掺杂载流子浓度的方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高锗材料N型掺杂载流子浓度的方法与应用。

背景技术

由于锗（Ge）具有准直接带隙的能带结构，禁带宽带小，载流子迁移率高，与Si微电子制造工艺兼容，因此，Ge材料在场效应晶体管、光电探测器、发光管等器件中得到了广泛研究。

Ge材料器件的制造工艺中，掺杂是一道重要的工序。掺杂的方法主要有：扩散、离子注入和原位生长。现阶段，Ge材料P型载流子浓度高且界面陡峭（P型杂质如硼在Ge中的空穴浓度达到6×10²⁰/cm³），但是N型载流子浓度低且扩散严重（N型杂质如磷在Ge中的电子浓度最高仅为5×10¹⁹/cm³），无法满足实际器件的需要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷，提供一种能有效降低锗材料缺陷密度且能提高锗材料N型掺杂载流子浓度的方法与应用。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种提高锗材料N型掺杂载流子浓度的方法，包括如下步骤：

提供锗衬底；

采用离子注入法在所述锗衬底中注入N型杂质离子；将注入有N型杂质离子的所述锗衬底进行退火处理；

将经步骤退火处理的所述锗衬底依次重复进行在所述锗衬底中注入N型杂质离子和退火处理的步骤；其中，每次进行注入N型杂质离子的步骤时，注入在所述锗衬底中N型杂质离子的量不高于N型杂质离子在所述锗衬底中固溶度的1/3。

以及，上述提高锗材料N型掺杂载流子浓度的方法在制备含锗材料器件中的应用。

上述提高锗材料N型掺杂载流子浓度的方法的N型杂质离子注入步骤中，每次注入离子的剂量低，带来的注入缺陷密度低。在随后进行退火处理步骤中，该缺陷随之被修复，使得杂质离子的扩散被抑制，激活率得到提升。因此，上述提高锗材料N型掺杂载流子浓度的方法通过对锗衬底进行离子注入/退火处理的循环工艺可以有效控制并降低锗材料的缺陷密度，防止杂质离子的扩散，使得杂质离子的激活率高，可以完全被激活，提高掺杂载流子浓度。另外，该提高锗材料N型掺杂载流子浓度的方法工艺简单，条件易控，能有效提高锗材料N型掺杂载流子浓度。正因该方法的优点，使得将该提高锗材料N型掺杂载流子浓度的方法用于制备含锗材料器件时，能有效提高该含锗材料器件的性能。

附图说明

图1为本发明实施例提高锗材料N型掺杂载流子浓度方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在研究中发现，Ge材料N型掺杂质量不高的主要原因是Ge材料中存在高密度的空位-间隙对缺陷。缺陷的能级靠近价带，呈受主态。一方面，缺陷补偿了部分施主杂质，使电子浓度难以提升；另一方面，缺陷与施主杂质形成团簇，降低了杂质的激活率，加速了杂质在退火处理时的扩散。因此，要提高Ge材料N型掺杂载流子浓度，必须有效降低缺陷密度。

基于该发现，本发明实施例提供了一种能有效降低锗材料缺陷密度且能提高锗材料N型掺杂载流子浓度的方法与应用。该提高锗材料N型掺杂载流子浓度的方法工艺流程如图1所示，包括如下步骤：

步骤S01.提供锗衬底；

步骤S02.在锗衬底中注入N型杂质离子：采用离子注入法在步骤S01提供的锗衬底中注入N型杂质离子；

步骤S03.对锗衬底进行退火处理：将步骤S02处理的锗衬底进行退火处理；

步骤S04.重复进行在锗衬底中注入N型杂质离子和退火处理的步骤：将经步骤S03中退火处理的锗衬底依次重复进行步骤S02和步骤S03；其中，每次注入所述N型杂质离子的剂量为注入在所述锗衬底中N型杂质离子的量不高于N型杂质离子在所述锗衬底中固溶度的1/3。

具体地，上述步骤S01中，锗衬底可以直接选用本领域常用的锗衬底，也可以选用在硅衬底表面上层叠结合的锗膜层的衬底。当选用在硅衬底表面上层叠结合的锗膜层的衬底时，该锗膜层的厚度为20nm～2μm。