[发明专利]一种大尺寸半导体材料电导率提升方法及器件

说明书

本申请公开了一种大尺寸半导体材料电导率提升方法及器件，包括：在基于缓冲层进行外延工艺之前，在缓冲层上外延电导层，其中外延的所述电导层材料与所述缓冲层晶格匹配；基于所述电导层，利用分子束外延工艺，外延吸收层。本申请实施例在吸收层下面增加具有高电导率导电层结构，用于提高大面阵红外焦平面探测器的偏压均匀性。使用分子束外延设备在材料外延中一次性完成材料外延制备，减少工艺时间并提升材料外延质量。

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，尤其涉及一种大尺寸半导体材料电导率提升方法及器件。

背景技术

大规模红外探测器具备更高空间分辨率，能够扩大目标的探测和识别范围，已经成为三代红外探测器发展的必然趋势之一。探测器规模的增大导致其所需探测器材料尺寸的增大，目前硅衬底由于大尺寸材料制备技术成熟、与电路热适配性好等优点是制备大尺寸碲镉汞薄膜材料的较理想衬底材料。然而，由于碲镉汞材料与硅基的晶格失配度高达19％，在硅基上外延生长碲镉汞存在着材料缺陷密度高、探测器性能恶化的现实问题，通过在硅基与碲镉汞之间增加一层碲化镉缓冲层可以有效降低晶格失配。

随着碲镉汞探测器尺寸增大，由于芯片中心区与边缘区域体电阻的差异，导致中心区域与边缘区域相比实际电压较小，这会体现在成像信号上面。对于第二代中、短波组件而言，这个差异在5％以下，通常可以忽略。但对于第三代超大面阵碲镉汞红外探测器，这个差异可达10％甚至以上，导致组件非均匀性增加，再叠加红外线照度的影响，导致组件固有非均匀性达到20％以上。通常的解决办法是在芯片制备过程中，在材料表面刻蚀数条纵横的深槽，进行电极引出，以减小芯片中心区域等效电路分压电阻，进而提升组件均匀性。但对于超大面阵探测器，随着像元中心距的减小以及材料面积受限，上述做法会带来占空比降低，工艺相对复杂，需要更大材料面积等问题。

发明内容

本申请实施例提供一种大尺寸半导体材料电导率提升方法及器件，用以解决现有技术条件下制备的碲镉汞材料中存在的电导率过低的问题。

本申请实施例提供一种大尺寸半导体材料电导率提升方法，包括：

在基于缓冲层进行外延工艺之前，在缓冲层上外延电导层，其中外延的所述电导层的材料与所述缓冲层的材料晶格匹配；

基于所述电导层，利用分子束外延工艺，外延吸收层。

可选的，还包括：

利用高温脱氧除气热处理工艺处理衬底；

基于处理后的所述衬底，外延5μm-8μm的所述缓冲层。

可选的，所述缓冲层为碲化镉的缓冲层，所述电导层为碲化汞材料的电导层，且所述电导层的厚度小于所述缓冲层的厚度。

可选的，在缓冲层上外延电导层包括：

在第一温度环境下，高纯碲在富汞气氛下外延所述电导层。

可选的，所述电导层的厚度为30nm～60nm。

可选的，所述吸收层的厚度与所述缓冲层的厚度相近。

可选的，还包括在缓冲层上外延电导层的过程中，利用温度补偿的方式，将外延表面温度控制在所述缓冲层材料的生长温度窗口内。

本申请实施例还提出一种半导体器件，基于前述的大尺寸半导体材料电导率提升方法制备。

本申请实施例还提出一种红外探测器，包括前述的半导体器件。

本申请实施例在吸收层下面增加具有高电导率导电层结构，用于提高大面阵红外焦平面探测器的偏压均匀性。使用分子束外延设备在材料外延中一次性完成材料外延制备，减少工艺时间并提升材料外延质量。