[發明專利]波導型GePb紅外光電探測器及其制造方法

有效

• 申請號: 201910243160.1
• 申請日: 2019-03-28
• 公開（公告）號: CN111834486B
• 公開（公告）日: 2022-06-10
• 發明（設計）人: 汪巍;方青;涂芝娟;曾友宏;蔡艷;王慶;王書曉;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: H01L31/101
• 分類號: H01L31/101;H01L31/115;H01L31/028;H01L31/0216;H01L31/0236;H01L31/18
• 代理公司: 上海盈盛知識產權代理事務所(普通合伙) 31294
• 代理人: 孫佳胤;陳麗麗

本發明涉及光電子技術領域，尤其涉及一種波導型GePb紅外光電探測器及其制造方法。所述波導型GePb紅外光電探測器，包括硅襯底以及均位于所述硅襯底表面的波導層和器件結構；所述器件結構包括沿垂直于所述硅襯底的方向依次疊置的下接觸層、吸收層和上接觸層，所述吸收層的材料為Ge_1?xPb_x，其中，0x1；所述波導層中的光信號通過倏逝波耦合進入所述器件結構。本發明使得光電探測器在短波紅外到中波紅外波段都能實現高效吸收。

技術領域

本發明涉及光電子技術領域，尤其涉及一種波導型GePb紅外光電探測器及其制造方法。

背景技術

光電探測器用途廣泛，涵蓋軍事和國民經濟的各個領域，如在可見光和短波紅外波段主要用于射線測量和探測、工業自動控制、光度計量等。

紅外光電探測器在通信、夜視、制導、天文觀測、生物醫療等領域都有著廣泛的應用。現今常用的紅外探測器主要為Ⅲ-Ⅴ族材料光電探測器和Ⅱ-Ⅴ族材料光電探測器。然而，Ⅲ-Ⅴ族材料和Ⅱ-Ⅴ族材料存在與Si基CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor，互補金屬氧化物半導體)標準工藝平臺不兼容的問題，增加了器件成本，降低了器件可靠性。

相較于傳統的Ⅲ-Ⅴ族紅外光電探測器和Ⅱ-Ⅴ族紅外光電探測器，IV族紅外光電探測器因其在制備工藝上與Si基CMOS工藝兼容，具有體積小、易集成、低成本、高性能等潛在優勢?；赟i襯底或者SOI(Silicon On Insulator，絕緣體上硅)襯底的Ge光電探測器在通訊及傳感領域獲得了廣泛應用。然而，單一的Ge材料在波長大于1.55微米時，吸收系數急劇下降，這就使得Ge光電探測器無法滿足短波紅外乃至中紅外波段的探測需求，從而限制了Ge光電探測器的探測范圍。為此，現有技術中已經出現了垂直型GeSn紅外光電探測器，用以解決Ge光電探測器無法滿足短波紅外乃至中紅外波段的探測需求。但是，受限于Ge中極低的Sn固溶度，GeSn材料的外延生長極具挑戰。

因此，如何拓寬Ge光電探測器的探測范圍，是目前亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明提供一種波導型GePb紅外光電探測器及其制造方法，用于解決現有的Ge光電探測器的探測范圍較窄的問題。

為了解決上述問題，本發明提供了一種波導型GePb紅外光電探測器，包括硅襯底以及均位于所述硅襯底表面的波導層和器件結構；所述器件結構包括沿垂直于所述硅襯底的方向依次疊置的下接觸層、吸收層和上接觸層，所述吸收層的材料為Ge_1-xPb_x，其中，0x1；所述波導層中的光信號通過倏逝波耦合進入所述器件結構。

優選的，所述器件結構還包括：

位于所述下接觸層與所述吸收層之間的第一緩沖層；

位于所述吸收層與所述上接觸層之間的第二緩沖層。

優選的，所述第一緩沖層與所述第二緩沖層的材料均為Ge或者SiGe。

優選的，所述波導層的材料為硅；所述下接觸層的材料為具有第一摻雜離子的硅材料；所述上接觸層的材料為具有第二摻雜離子的Ge材料，且所述第二摻雜離子與所述第一摻雜離子的導電類型相反。

優選的，0.001x0.02。

為了解決上述問題，本發明還提供了一種波導型GePb紅外光電探測器的制造方法，包括如下步驟：

提供硅襯底；

形成波導層于所述硅襯底表面；

形成器件結構于所述硅襯底表面，所述器件結構包括沿垂直于所述硅襯底的方向依次疊置的下接觸層、吸收層和上接觸層，所述吸收層的材料為Ge_1-xPb_x，其中，0x1；所述波導層中的光信號通過倏逝波耦合進入所述器件結構。