[發明專利]一種低偏置電壓下具有增益的硅光電探測器及其制備方法

有效

• 申請號: 201110041540.0
• 申請日: 2011-02-21
• 公開（公告）號: CN102169918A
• 公開（公告）日: 2011-08-31
• 發明（設計）人: 韓培德
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L31/10
• 分類號: H01L31/10;H01L31/101;H01L31/0352;H01L31/18
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

1.一種低偏置電壓下具有增益的硅光電探測器，其特征在于，包括：

Si襯底；

在該Si襯底第一表面依序形成的硫系元素過飽和替位摻雜的n⁺型Si層和第一電極，該硫系元素過飽和替位摻雜的n⁺型Si層與Si襯底構成第一半導體結；以及

在該Si襯底第二表面依序形成的第二半導體結和第二電極。

2.根據權利要求1所述的低偏置電壓下具有增益的硅光電探測器，其特征在于，所述硫系元素為硫S、硒Se或碲Te元素，所述過飽和替位摻雜為濃度高于雜質固溶度且占據晶格位置的摻雜，所述硫系元素在該n⁺型Si層中的固溶度為10¹⁶/cm³。

3.根據權利要求1所述的低偏置電壓下具有增益的硅光電探測器，其特征在于，當所述Si襯底為n型Si襯底時，在該n型Si襯底第一表面形成的第一半導體結為nn⁺同型結，形成的第一電極為n型歐姆接觸電極；所述在該n型Si襯底第二表面形成的第二半導體結為肖特基結或pn結，當該半導體結為肖特基結時所述第二電極為肖特基電極，當該半導體結為pn結時所述第二電極為p型歐姆接觸電極。

4.根據權利要求1所述的低偏置電壓下具有增益的硅光電探測器，其特征在于，當所述Si襯底為p型Si襯底時，在該p型Si襯底第一表面形成的第一半導體結為pn⁺異型結，形成的第一電極為n型歐姆接觸電極；所述在該p型Si襯底第二表面形成的第二半導體結為pp⁺同型結，形成的第二電極為p型歐姆接觸電極。

5.根據權利要求3所述的低偏置電壓下具有增益的硅光電探測器，其特征在于，當所述第一表面為信號接收面時，所述第一電極僅覆蓋于該第一表面的部分區域，在該第一電極未覆蓋區域或存在SiO₂、SiN介質鈍化膜、或存在銦錫氧化物透明導電薄膜，該介質鈍化膜或透明導電薄膜的厚度為20至300納米；而所述第二電極覆蓋于該第二表面的部分或全部區域，在該第二電極未覆蓋區域存在SiO₂、SiN介質鈍化膜。

6.根據權利要求3所述的低偏置電壓下具有增益的硅光電探測器，其特征在于，當所述第二表面為信號接收面時，所述第二電極僅覆蓋于該第二表面的部分區域，未覆蓋區域或存在鋁Al或鎢W透明導電薄膜、或存在SiO₂、SiN介質鈍化膜，該透明導電薄膜或該介質鈍化膜的厚度為20至300納米；而所述第一電極覆蓋于該第一表面的部分或全部區域，在所述第一電極未覆蓋區域存在SiO₂、SiN介質鈍化膜。

7.根據權利要求1所述的低偏置電壓下具有增益的硅光電探測器，其特征在于，當該第一表面和該第二表面同在該Si襯底的一側時，二者僅有高度上的區別，而該第一電極和該第二電極之間以SiO₂或SiN介質鈍化膜作為隔離層，該介質鈍化膜的厚度為20至300納米。

8.根據權利要求3所述的低偏置電壓下具有增益的硅光電探測器，其特征在于，所述n型歐姆接觸電極、肖特基電極和p型歐姆接觸電極是由鋁Al、鉻Cr、金Au、鎢W、鎳Ni、鈦Ti、鈀Pd或銀Ag金屬中的一種或多種金屬合金而成。

9.一種制備低偏置電壓下具有增益的硅光電探測器的方法，其特征在于，該方法采用超快脈沖激光輻照的硫系元素過飽和替位摻雜，具體包括：

采用離子注入設備在Si表層實現硫、硒或碲元素的均勻注入；

采用超快脈沖激光對注入離子進行輻照，實現雜質的過飽和替位摻雜；

采用熱退火設備，在300℃至1000℃中對注入硅中雜質進行退火處理，以修復激光損傷區域；

采用電阻熱蒸發或電子束蒸發的方法，在Si襯底第一表面制備n型歐姆接觸電極；在Si襯底第二表面制備肖特基電極或p型歐姆接觸電極。

10.根據權利要求9所述的制備低偏置電壓下具有增益的硅光電探測器的方法，其特征在于，所述超快脈沖激光為脈沖寬度在飛秒、皮秒和納秒數量級的大功率激光，其單脈沖功率密度在10mJ/cm²至1000mJ/cm²之間，其波長在1064納米至266納米之間。