[發明專利]基于GeSn?GeSi材料的異質型光電晶體管及其制作方法

有效

• 申請號: 201610117819.5
• 申請日: 2016-03-02
• 公開（公告）號: CN105789347B
• 公開（公告）日: 2017-10-24
• 發明（設計）人: 韓根全;王軼博;張春福;汪銀花;張進成;郝躍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L31/028
• 分類號: H01L31/028;H01L31/0288;H01L31/11;H01L31/18
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心61205
• 代理人: 田文英,王品華

1.一種基于GeSn-GeSi材料的異質型光電晶體管，包括：襯底(1)、集電極區(2)、光吸收區(3)、基極區(4)、發射極區(5)、保護層(6)以及金屬電極(7)；所述的集電極區(2)、光吸收區(3)、基極區(4)、發射極區(5)在襯底(1)上依次由下至上豎直分布，且保護層(6)環繞覆蓋在集電極區(2)、光吸收區(3)、基極區(4)、發射極區(5)的四周；其特征在于：所述光吸收區(3)和基極區(4)均采用通式為Ge_1-xSn_x的IV族復合材料，但基極區(4)為P型摻雜，光吸收區(3)不進行摻雜，為I型；集電極區(2)和發射極區(5)采用IV族材料Ge_1-zSi_z，從而分別在Ge_1-xSn_x光吸收區和Ge_1-zSi_z發射極區、集電極區之間的界面處形成異質結；其中，x表示GeSn中Sn的組份，Sn組份的取值范圍為0＜x＜0.15；z表示GeSi中Si的組份，Si組份的取值范圍為0≤z≤0.5。

2.根據權利要求1所述的基于GeSn-GeSi材料的異質型光電晶體管，其特征在于，所述的襯底(1)采用單晶Si材料。

3.根據權利要求1所述的基于GeSn-GeSi材料的異質型光電晶體管，其特征在于，所述的襯底(1)采用單晶Ge材料。

4.一種基于GeSn-GeSi材料的異質型光電晶體管制作方法，包括如下步驟：

(1)制備GeSi層：

利用低溫固源分子束外延工藝，在襯底(1)上外延生成一層800nm厚的GeSi層；

(2)磷離子注入：

在GeSi層中進行磷離子注入工藝，形成GeSi N⁺集電極區(2)；

(3)制備GeSn光吸收區：

(3a)利用低溫固源分子束外延工藝，在GeSi N⁺集電極區上，外延生長一層100nm厚的GeSn，形成GeSn光吸收區(3)；

(3b)在GeSn光吸收區外延生長一層60nm厚GeSn層，將GeSn層作為基極區；

(4)硼離子注入：

在基極區中進行硼離子注入工藝，形成GeSn P⁺基極區(4)；

(5)制備GeSi層：

利用低溫固源分子束外延工藝，在GeSn P⁺型基極區上外延一層60nm厚的GeSi層；

(6)磷離子注入：

在GeSi層中進行磷離子注入工藝，形成GeSi N⁺型發射極區(5)；

(7)激活處理：

在400℃條件下熱退火5min進行激活處理，得到激活后的器件；

(8)刻蝕臺面：

利用反應離子刻蝕工藝，刻蝕激活后的器件，刻蝕所需臺面，得到刻蝕后的器件；

(9)表面鈍化處理：

對刻蝕后的器件進行GeSn表面鈍化處理，得到表面鈍化處理后的器件；

(10)制備保護層：

利用磁控濺射工藝，在表面鈍化處理后的器件外圍淀積一層SiO₂/SiN，形成保護層(6)的器件；

(11)刻蝕溝槽：

在形成保護層(6)的器件的集電極區(2)上部和發射極區(5)上刻蝕溝槽，

(12)制備金屬電極：

在刻蝕的溝槽中淀積金屬TiN/Al，形成金屬電極(7)。

5.根據權利要求4所述的基于GeSn-GeSi材料的異質型光電晶體管制作方法，其特征在于，步驟(1)、步驟(3)、步驟(5)中所述的低溫固源分子束外延工藝均在150℃溫度條件下進行；步驟(1)、步驟(5)以高純Ge和Si為源，步驟(3)以高純Ge和Sn為源。

6.根據權利要求4所述的基于GeSn-GeSi材料的異質型光電晶體管制作方法，其特征在于，步驟(2)中所述磷離子注入工藝的條件為：能量50KeV；注入劑量10¹⁵cm^-2；注入離子P(31)⁺；襯底傾斜角度7°。