[發明專利]一種單向載流子傳輸光電探測器及其制造方法

有效

• 申請號: 201811428096.6
• 申請日: 2018-11-27
• 公開（公告）號: CN111312827B
• 公開（公告）日: 2022-03-01
• 發明（設計）人: 汪巍;方青;余明斌
• 申請（專利權）人: 上海新微技術研發中心有限公司
• 主分類號: H01L31/0216
• 分類號: H01L31/0216;H01L31/0224;H01L31/0352;H01L31/18
• 代理公司: 北京知元同創知識產權代理事務所(普通合伙) 11535
• 代理人: 劉元霞

1.一種單向載流子傳輸光電探測器，包括：

位于襯底表面的陰極接觸層，所述陰極接觸層用于和陰極電極接觸；

位于所述陰極接觸層表面的電子收集區，所述陰極接觸層和所述電子收集區分別是n型摻雜的硅材料和非摻雜的硅材料；

位于所述電子收集區表面的緩沖層，所述緩沖層是非摻雜的鍺(Ge)材料或非摻雜的鍺硅(GeSi)材料；

位于所述緩沖層表面的光吸收區，所述光吸收區的材料為P型的鍺錫(GeSn)，并且錫的組分為0～0.4，所述光吸收區吸收光并生成電子和空穴；

位于所述光吸收區表面的勢壘層，所述勢壘層與所述光吸收區界面形成導帶帶階，所述導帶帶階阻止所述光吸收區生成的電子穿過所述界面，所述勢壘層的材料是鍺硅材料或III-V族材料；以及

位于所述勢壘層表面的陽極接觸層，所述陽極接觸層用于和陽極電極接觸，所述陽極接觸層材料為p型摻雜的鍺或III-V族材料，

其中，所述電子收集區用于收集所述光吸收區產生的電子，所述緩沖層用于緩沖所述電子收集區和所述光吸收區之間的應力，所述勢壘層的材料與所述光吸收區的材料的晶格常數相差±10％以內。

2.如權利要求1所述的單向載流子傳輸光電探測器，其中，

所述電子收集區、所述緩沖層、所述光吸收區、所述勢壘層以及所述陽極接觸層形成的疊層的橫向尺寸小于所述陰極接觸層的橫向尺寸，

所述單向載流子傳輸光電探測器還具有減反射層，其覆蓋于所述疊層的側壁、所述陽極接觸層的表面、以及所述陰極接觸層從所述疊層兩側露出的表面。

3.如權利要求2所述的單向載流子傳輸光電探測器，其中，

所述陰極電極位于所述陰極接觸層從所述疊層兩側露出的表面，

所述陽極電極位于所述陽極接觸層的表面。

4.一種單向載流子傳輸光電探測器的制造方法，包括：

在襯底表面沉積陰極接觸層；

在所述陰極接觸層表面形成疊層，所述疊層自下而上依次包括電子收集區、緩沖層、光吸收區、勢壘層和陽極接觸層，所述疊層的橫向尺寸小于所述陰極接觸層的橫向尺寸，所述陰極接觸層和所述電子收集區分別是n型摻雜的硅材料和非摻雜的硅材料；以及

形成陰極電極和陽極電極，所述陰極電極位于所述陰極接觸層從所述疊層兩側露出的表面，所述陽極電極位于所述陽極接觸層的表面，

其中，所述緩沖層是非摻雜的鍺(Ge)材料或非摻雜的鍺硅(GeSi)材料，

所述勢壘層的材料是鍺硅材料或III-V族材料，

所述陽極接觸層材料為p型摻雜的鍺或III-V族材料，

所述光吸收區的材料為P型的鍺錫(GeSn)，并且錫的組分為0～0.4，所述光吸收區吸收光并生成電子和空穴，

所述勢壘層與所述光吸收區界面形成導帶帶階，所述導帶帶階阻止所述光吸收區生成的電子穿過所述界面，

所述電子收集區用于收集所述光吸收區產生的電子，所述緩沖層用于緩沖所述電子收集區和所述光吸收區之間的應力，所述勢壘層的材料與所述光吸收區的材料的晶格常數相差±10％以內。

5.如權利要求4所述的單向載流子傳輸光電探測器的制造方法，其中，形成所述疊層的步驟包括：

在所述陰極接觸層表面自下而上依次沉積電子收集區材料、緩沖層材料、光吸收區材料、勢壘層材料和陽極接觸層材料，以形成材料疊層；

刻蝕所述材料疊層，以縮小所述材料疊層的橫向尺寸，形成所述疊層，所述疊層和所述陰極接觸層之間形成臺面。

6.如權利要求4所述的單向載流子傳輸光電探測器的制造方法，其中，所述方法還包括：

沉積減反射層，其覆蓋于所述疊層的側壁、所述陽極接觸層的表面、以及所述陰極接觸層從所述疊層兩側露出的表面；

其中，形成陰極電極和陽極電極的步驟包括：

刻蝕所述減反射層的一部分，形成陰極接觸孔和陽極接觸孔；

在所述減反射層表面沉積導電材料，并刻蝕掉部分所述導電材料，保留在所述陰極接觸孔和所述陽極接觸孔內的導電材料形成所述陰極電極和所述陽極電極。