离子注入在锑化镓半导体的优势与挑战
厦门中芯晶研可提供锑化镓(GaSb)半导体晶片，更多内容请见https://www.cswafer.com/products/tihuajiadanjingpiangasb/ 。III-V 族化合物锑化镓在室温下具有 0.72 eV 的窄带隙，是红外光电探测器超晶格和热光伏 (TPV) 二极管等各种潜在光电器件应用中非常有吸引力的候选者。制造GaSb光电器件的关键就是制作PN结。与InSb PN结的制作一样，GaSb PN结也通过外延，热扩散和离子注入等方法进行制作。下面具体分析了离子注入技术制作GaSb PN结的优势与挑战：
1. 离子注入技术在锑化镓半导体的优势
为了形成二极管结，可以使用离子注入技术。离子注入是一种常见且可靠的掺杂技术，可实现局部掺杂并获得高性能欧姆接触，从而在锑化物器件中形成PN结。相对而言，该技术优于扩散法的优势在于能够执行低温工艺，从而准确控制掺杂剂分布，并避免在 370 °C 时从 GaSb 半导体晶片表面蒸发 Sb。另外一点，与扩散（例如作为 GaSb 的常用 p 型掺杂方法的 Zn 扩散）相比，其中分布在衬底表面具有最大浓度，离子注入中的掺杂分布具有高斯分布，使浓度峰值远离地表和投影深度可控。所有这些优点使离子注入技术有效地用于制造GaSb基光电器件。
2. 离子注入技术在锑化镓半导体的挑战
然而，在 III-V 半导体中，特别是 GaSb 中使用离子注入会由于主体原子的级联位移而损坏晶体结构，并对半导体的电学和光学性能产生不利影响。先前对一些 III-V 化合物（如 GaSb 和 InSb）表面升高的系统研究表明，对于高离子剂量和质量注入，注入区域会溶胀。Callec 报告了 25 nm 和 6 μm 的台阶高度用Ar 分别以 1014 cm-2 和 1016 cm-2 的剂量和 150 keV 和 250 keV 的能量注入在GaSb半导体晶片。
这意味着这些在轰击过程中引起的缺陷取决于离子质量、离子能量、离子剂量、注入过程中衬底的温度以及离子相对于主体原子的电子结构。可以理解为：物种的质量、能量和剂量越高，损害越大。目前研究已发现注入后退火是修复诱导损伤、恢复晶体质量和电子激活注入原子的有效方法，尤其是在溶胀不太成问题的较低剂量和能量下。 然而，对于非常高的离子剂量、质量或能量，当位移浓度接近主体原子密度时，损伤变得如此之大，导致非晶化。
已经报道了对注入到 GaSb 中的各种供体和受体物质（例如 Zn、Si、Be、Ar 和 Ne）的几项研究，以研究GaSb半导体的损伤、恢复和离子活化。 在大多数情况下，高剂量注入导致了主要是受体的高辐射缺陷。 因此，注入 n 型杂质以创建 NP 结通常非常具有挑战性，因为严重损坏的 GaSb 通常即使使用施主注入也显示出 p 型导电性； 相反，在 n 型 Gasb 上创建 p 型层要容易得多。
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陈经理