[發明專利]探測范圍可調的IV族紅外光電探測器及其制備方法

有效

• 申請號: 201710074466.X
• 申請日: 2017-02-10
• 公開（公告）號: CN106784075B
• 公開（公告）日: 2018-03-16
• 發明（設計）人: 胡輝勇;吳繼寶;舒斌;李露;劉偉;范林西;陶春陽;王斌;張鶴鳴;宋建軍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352;H01L31/18
• 代理公司: 深圳精智聯合知識產權代理有限公司44393
• 代理人: 王海棟

技術領域

本發明屬于半導體器件技術領域，具體涉及一種探測范圍可調的IV族紅外光電探測器及其制備方法。

背景技術

光電探測器通常在低溫環境下工作，其對環境溫度非常敏感。溫度較小的增加將引起暗電流的急劇增大，影響探測器的應用。故一般需要對其進行冷卻，以提高準確度。高質量Ge單晶材料作為高靈敏近紅外光電探測器的主要材料已經有很多年了，但是其對環境要求十分苛刻，對于這樣的探測器一般需要冷卻到77K以減小暗電流，這就使得其非常昂貴并且限制了其使用。

現今常用的近紅外光電探測器為III-V族材料光電探測器，III-V族和硅混合集成是一個比較好的方案。然而III-V族材料存在與Si CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor,互補金屬氧化物半導體)標準工藝平臺不兼容，降低了器件性能。即使實現了在Si片上集成了III-V族材料光電探測器，但是這增加了成本，并且增加了工藝復雜度。

因此，如何制作一種低成本，工藝簡單，可在高溫下連續穩定工作，且探測范圍可調的紅外光電探測器就變得尤為重要。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供了一種探測范圍可調的IV族紅外光電探測器及其制備方法。

本發明的一個實施例提供了一種探測范圍可調的IV族紅外光電探測器的制備方法，所述紅外光電探測器包括Ge/GeSiSn量子阱結構。所述制備方法包括步驟：

(a)選取N型Ge襯底；

(b)在280℃～300℃，利用UHV-CVD(Ultrahigh Vacuum Chemical Vapor Deposition，超高真空化學汽相淀積)工藝，在所述N型Ge襯底上形成N型GeSiSn緩沖層；

(c)在280℃～300℃，利用UHV-CVD工藝，在所述N型GeSiSn緩沖層上形成所述Ge/GeSiSn量子阱結構；

(d)在280℃～300℃，利用UHV-CVD工藝，在所述Ge/GeSiSn量子阱結構上形成P型Ge接觸層；

(e)在280℃～300℃，利用UHV-CVD工藝，在所述P型Ge接觸層上形成氧化層；

(f)金屬化并光刻引線形成所述紅外光電探測器。

在本發明的一個實施例中，所述N型GeSiSn緩沖層包括組分為0～0.15的Ge，組分為0～0.20的Sn，所述Ge和所述Sn的組分從下到上組分依次增加。例如，該組分可以按照厚度成均勻梯度組分變化。

在本發明的一個實施例中，所述N型GeSiSn緩沖層摻雜雜質為磷元素，摻雜濃度為1×10¹⁸～1×10¹⁹cm^-3。

在本發明的一個實施例中，所述Ge/GeSiSn量子阱結構層包括組分為0.05～0.15的Si，組分為0.10～0.20的Sn，所述Si、所述Sn的組分可調。

在本發明的一個實施例中，所述Ge/GeSiSn量子阱結構層中的Ge為本征Ge。

在本發明的一個實施例中，所述Ge/GeSiSn量子阱結構層數為10～25 層，厚度為200～750nm。

在本發明的一個實施例中，所述P型Ge接觸層厚度為50～100nm。

在本發明的一個實施例中，步驟(c)包括：

(c1)在280℃～300℃，利用UHV-CVD生長工藝，在所述N型GeSiSn緩沖層上形成Ge層；

(c2)在280℃～300℃，利用UHV-CVD生長工藝，在所述Ge層上形成GeSiSn層；

(c3)重復生長所述Ge層和所述GeSiSn層，最終在所述N型GeSiSn緩沖層上形成所述Ge層、所述GeSiSn層周期排列的所述Ge/GeSiSn量子阱結構。

在本發明的一個實施例中，步驟(f)包括:

(f1)在所述氧化層上光刻形成金屬接觸窗口；

(f2)在所述金屬接觸窗口內沉積金屬材料；

(f3)在所述沉積金屬材料上光刻引線以形成所述紅外光電探測器。

此外，本發明另一實施例提出的一種探測范圍可調的IV族紅外光電探測器，包括Ge/GeSiSn量子阱結構，所述紅外光電探測器采用上述任意方法實施例制得。