[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

本申請提供一種單向載流子傳輸光電探測器及其制造方法。該探測器包括：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；位于所述電子收集區表面的緩沖層；位于所述緩沖層表面的光吸收區，所述光吸收區的材料為鍺錫，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，所述帶階阻止所述光吸收區生成的電子穿過所述界面；以及位于所述勢壘層表面的陽極接觸區。本申請有利于實現大功率高速單向載流子傳輸探測器。

技術領域

本申請涉及半導體技術領域，尤其涉及一種單向載流子傳輸光電探測器及其制造方法。

背景技術

GeSn材料作為一種新型的四族合金材料，在近紅外乃至短波紅外有著大的吸收系數，是制備Si紅外光電探測器的理想材料。近年來，GeSn紅外探測器受到了廣泛的研究。WeiDu等作者在其發表的“Silicon-based Ge0.89Sn0.11photodetector and light emittertowards mid-infrared applications”中公開了一種面接收型GeSn光電探測器，Sn含量的11％的GeSn合金作為吸收層，其光響應范圍擴展至3um波段。

應該注意，上面對技術背景的介紹只是為了方便對本申請的技術方案進行清楚、完整的說明，并方便本領域技術人員的理解而闡述的。不能僅僅因為這些方案在本申請的背景技術部分進行了闡述而認為上述技術方案為本領域技術人員所公知。

發明內容

本申請的發明人發現：在傳統的pin型光電探測器中，光電探測器的載流子包括空穴和電子，由于空穴在耗盡區遷移速度慢，載流子遷移時間主要取決于空穴的輸運時間；并且，當輸入電流或者功率增大時，低遷移率空穴在輸運中形成堆積，使得電位分布發生變形，阻礙光生載流子收集，輸出光電流飽和。

本申請實施例提供一種單向載流子傳輸光電探測器及其制造方法，由電子作為唯一活性載流子，因而更適用于大入射光強和大電流的高速輸出，此外，采用鍺錫材料作為光吸收層，能在紅外波段具有更廣的探測范圍，并極大地提高電子遷移率，從而有利于實現大功率高速單向載流子傳輸探測器。

根據本申請實施例的一個方面，提供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；

位于所述電子收集區表面的緩沖層；

位于所述緩沖層表面的光吸收區，所述光吸收區的材料為鍺錫(GeSn)，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的導帶形成導帶帶階，所述帶階阻止所述光吸收區生成的電子穿過所述界面；以及

位于所述勢壘層表面的陽極接觸區，所述陽極接觸層用于和陽極電極接觸，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。

根據本申請實施例的另一個方面，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區形成的疊層的橫向尺寸小于所述陰極接觸區的橫向尺寸，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、所述陽極接觸區的表面、以及所述陰極接觸層從所述疊層兩側露出的表面。

根據本申請實施例的另一個方面，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區的表面。

根據本申請實施例的另一個方面，其中，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。