[發明專利]增強型光電探測器襯底的制備方法、其產物及增強型III-V光電探測器

有效

• 申請號: 201911282421.7
• 申請日: 2019-12-13
• 公開（公告）號: CN113066892B
• 公開（公告）日: 2023-02-07
• 發明（設計）人: 董旭;熊敏;張寶順
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/0232;H01L31/0236;H01L31/0304
• 代理公司: 南京艾普利德知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 32297
• 代理人: 陸明耀;顧祥安

本發明揭示了增強型光電探測器襯底的制備方法、其產物及增強型III?V光電探測器，本方法利用硅（001）襯底材料的各向異性特點，在硅（001）襯底上形成特定周期的倒三角凹槽，并填充III?V材料種子層，得到增反結構，可以有效的對正面透過探測器的光進行反射，使光再次通過器件的有源區，達到增強光吸收效率的目的，起到增強探測信號，提高信噪比的作用，本方案利用光柵對特定波長光波的調制作用以及硅基三五集成應用特點，有效克服了硅晶體直接與III?V材料的晶格失配導致的反向疇邊界問題，為硅（001）襯底與III?V面陣器件的集成創造了有利條件，有利于改善器件的質量。

技術領域

本發明涉及光電探測器領域，尤其是增強型光電探測器襯底的制備方法、其產物及增強型III-V光電探測器。

背景技術

III-V探測器在生活中具有廣泛的應用，包括紅外測溫儀，熱成像儀，氣體探測器等，同時面陣探測器，面陣激光器已經成功應用到生活及航空航天等領域，而為獲得高質量器件。

PN結型探測器的核心傳感層是由P型半導體和N型半導體構成的PN結，當適當頻率的光照射探測器的PN異質結區時，光生載流子在PN結區內建電場的作用下在外電路形成光電流，從而實現光電探測功能。

常規的III-V探測器，光往往只能經過一次有源區，因而光吸收效率相對較低，導致信號強度及信噪比較低。

同時，目前市場上的III-V探測器的結構使用同質外延的方法，即其襯底材料采用與探測器結構同質的GaAs，InP等襯底，這樣可以有效的避免異質襯底由于晶格差異帶來的各種問題。

但是，GaAs，InP等襯底的價格高昂，這就使得相應III-V探測器的制備成本較高，并且，GaAs，InP等襯底尺寸較大，不能與電路集成。

而Si襯底由于具有成熟的制備工藝，高的結晶質量，以及低廉的價格，因此可以用于制作III-V探測器，但是由于其與III-V族化合物存在較大的晶格失配及熱失配，會在生長過程中產生大量的穿透位錯，存在反向疇邊界問題，大大降低了III-V器件性能。

發明內容

本發明的目的就是為了解決現有技術中存在的上述問題，提供一種通過在硅（001）襯底上設置增反結構，從而使光再次經過有源區從而提高光吸收率的增強型光電探測器襯底的制備方法、其產物及增強型III-V光電探測器。

本發明的目的通過以下技術方案來實現：

增強型光電探測器襯底的制備方法，包括如下步驟：

S1，在硅（001）襯底的上表面制備一層掩膜層得到第一中間體；所述掩膜層上形成一組按一定的周期分布且沿硅（001）襯底的110晶向延伸的方形凹槽，所述方形凹槽至少從所述掩膜層的頂面延伸至硅（001）襯底的上表面；

S2，將所述第一中間體置入刻蝕溶液中浸泡，直至硅（001）襯底的外漏的上表面形成與每個方形凹槽對應的倒三角凹槽后取出清洗得到第二中間體，所述倒三角凹槽的頂邊的兩端延伸到方形凹槽的兩側；

S3，將所述第二中間體置于稀釋的氫氟酸溶液中浸泡后取出清洗得到第三中間體；

S4，在所述第三中間體的倒三角凹槽內沉積得到Ⅲ-V材料種子層，得到第四中間體，所述Ⅲ-V材料種子層包括由下至上依次設置的緩沖層、過渡層及高溫層，所述Ⅲ-V材料種子層的表面與所述硅（001）襯底的上表面平齊；

S5，將所述第四中間體置于氫氟酸溶液中浸泡去除掩膜層得到最終的襯底。

優選的，所述的增強型光電探測器襯底的制備方法中，所述掩膜層的厚度在500納米～1.5微米之間，且在溫度低于1000℃時不分解。

優選的，所述的增強型光電探測器襯底的制備方法中，所述方形凹槽的寬度D在（0.8～0.9）P之間，其中P為方形凹槽的周期寬度。