[發明專利]基于分子束外延技術的自成結光電探測器及其制備方法

有效

• 申請號: 202010745094.0
• 申請日: 2020-07-29
• 公開（公告）號: CN111933738B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發明（設計）人: 李晨光;張岱南;唐坤;張懷武;李明明
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: H01L31/101
• 分類號: H01L31/101;H01L31/18;H01L31/0352;H01L31/0288;H01L31/028
• 代理公司: 電子科技大學專利中心 51203
• 代理人: 吳姍霖

1.一種基于分子束外延技術的自成結光電探測器，其特征在于，從下至上依次為P型單晶Si襯底、GeSn薄膜、Ge_1-xSb_x薄膜和電極，所述GeSn薄膜厚度為60～120nm，所述Ge_1-xSb_x薄膜為N型半導體薄膜，厚度為60～120nm，其中，0.05≤x≤0.20；所述自成結光電探測器采用非對稱PIN淺結結構，按照以下步驟制備：

步驟1.清洗P型單晶Si襯底；

步驟2.在步驟1清洗后的Si襯底表面采用分子束外延技術沉積GeSn薄膜，其中，GeSn薄膜的厚度為60～120nm，具體制備過程為：

步驟2.1、將步驟1中清洗后的P型單晶硅襯底放入分子束外延設備的腔室內，抽真空，至腔室氣壓為1～10^10^-10Torr；

步驟2.2、加熱襯底至150～250℃，保持40～50min；

步驟2.3、將反應源鍺源和錫源分別升溫至1200～1350℃和800～1050℃，然后將襯底升溫至250～400℃；

步驟2.4、打開錫源和鍺源的擋板，待束流穩定后，打開襯底擋板，在襯底上沉積GeSn薄膜，沉積反應結束后，關閉襯底擋板以及錫源和鍺源的擋板，即可在硅襯底表面得到60～120nm厚的GeSn薄膜；

步驟3.在步驟2沉積的GeSn薄膜表面采用分子束外延技術生長Ge_1-xSb_x薄膜，其中，0.05≤x≤0.14，具體制備過程為：

步驟3.1、打開鍺源的擋板，待束流穩定后，打開襯底擋板，在到GeSn薄膜表面沉積Ge薄膜，沉積反應結束后，關閉襯底擋板以及鍺源的擋板，關閉襯底加熱裝置，冷卻降溫；

步驟3.2、將反應源銻源升溫至200～400℃，待襯底溫度降至150～250℃，打開銻源的擋板，等待束流穩定，打開襯底擋板，反應60min；

步驟3.3、將襯底溫度設定為800～1000℃，保持60～180min，使得銻原子進入鍺薄膜的晶格中，完成N型摻雜；

步驟3.4、摻雜反應結束后，冷卻降至室溫，即可在GeSn薄膜表面得到60～120nm厚的Ge_1-xSb_x薄膜；

步驟4.在步驟3沉積的Ge_1-xSb_x薄膜表面制備電極，即可得到所述自成結光電探測器。

2.如權利要求1所述自成結光電探測器的制備方法，其特征在于，步驟1中P型單晶硅Si襯底清洗的具體過程為：襯底先在100℃～120℃下的鹽酸中超聲清洗10～20min，再在100℃～120℃下的氫氧化鈉溶液中超聲清洗10～20min，最后經丙酮、酒精以及去離子水分別依次超聲清洗，得到粗糙度小于0.5nm的P型單晶硅襯底。

3.如權利要求1所述自成結光電探測器的制備方法，其特征在于，步驟2.2中襯底的升溫速率為3～5℃/min；步驟2.3中鍺源的升溫速率為5～7℃/min；錫源的升溫速率為3～5℃/min；襯底的升溫速率為3～5℃/min；步驟2.4中的沉積反應時間為60～120min。