[發明專利]一種具有ITO電極的垂直型鍺硅光電探測器及其制備方法

在審

• 申請號: 202110291296.7
• 申請日: 2021-03-18
• 公開（公告）號: CN113130674A
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發明（設計）人: 程秀蘭;李雅倩;王曉東;付學成;劉民;權雪玲
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H01L31/0224
• 分類號: H01L31/0224;H01L31/105;H01L31/18
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 胡晶

本發明提供了一種具有ITO電極的垂直型鍺硅光電探測器及其制備方法，鍺硅光電探測器自下而上依次包括高阻Si襯底層、P型摻雜Si層、P型摻雜Ge層、本征Ge層、n型Ge層、n型Si層，對鍺硅光電探測器隔斷，隔斷后的P型摻雜Si層作為下臺面，n型Si層作為上臺面，上臺面和下臺面設置Ag/ITO接觸電極，上臺面、下臺面沉積上包層，設置與外電路連接的測試電極。本發明用ITO電極降低光電探測器傳統金屬電極的紅外吸收。通過引入ITO電極來提升器件的響應度，降低器件的暗電流。

技術領域

本發明涉及光電探測器領域，具體地，涉及一種具有ITO電極的垂直型鍺硅光電探測器及其制備方法。

背景技術

鍺硅光電探測器中常用的電極是金屬電極，金屬電極對紅外光不透明而且吸收嚴重。硅波導耦合到鍺中的紅外光會被金屬電極吸收，導致探測器的響應度降低；并且鍺層上方沉積金屬會損傷鍺膜，導致器件暗電流增大。通過用高透過率、低電阻率的Ag/ITO電極替換傳統的金屬電極，探測器的響應度和暗電流都有顯著的優化。

光電探測器常用Ti/TiN/Al等金屬電極，但是金屬電極對通訊波段的光不透明，因此器件的有效光敏面積減小；另一方面金屬有強烈的紅外吸收，光損耗較大，導致探測器響應度降低。

專利文獻為CN201410817679.3的發明專利設計了一種具有石墨烯透明電極的InGaAs光電探測器，利用石墨烯優越的透光性能提高器件的光譜響應度和耦合效率。

專利文獻為CN201510938680.6的發明專利提出了一種基于石墨烯金屬網格復合透明電極的鍺硅光電探測器，避免了金屬電極占用較大光敏面積的缺點，從而提高探測器的探測率。

上述兩種方案中都采用了石墨烯作為透明電極，而石墨烯制備過程較為復雜，生長和轉移過程中極易收到破壞，影響探測器的性能。本發明提出用退火處理后的透明導電薄膜ITO代替傳統的金屬電極，ITO在通訊波斷透光率高、吸收率低、電阻率低，提高了鍺硅光電探測器的響應度。并且ITO制備工藝和薄膜后續退火處理工藝簡單，穩定性好，可以大規模應用。

發明內容

針對現有技術中的缺陷，本發明的目的是提供一種具有ITO電極的垂直型鍺硅光電探測器及其制備方法。

根據本發明提供的一種具有ITO電極的垂直型鍺硅光電探測器，鍺硅光電探測器自下而上依次包括高阻Si襯底層、P型摻雜Si層、P型摻雜Ge層、本征Ge層、n型Ge層、n型Si層，對鍺硅光電探測器隔斷，隔斷后的P型摻雜Si層作為下臺面，n型Si層作為上臺面，上臺面和下臺面設置Ag/ITO接觸電極，上臺面、下臺面沉積上包層，設置與外電路連接的測試電極。

優選地，所述測試電極包括Ti/Al測試電極。

優選地，所述上包層包括SiO₂上包層。

優選地，所述上臺面的左右兩側均為隔斷區。

優選地，Ag/ITO接觸電極通過濺射Ag/ITO和剝離形成環形接觸電極。

優選地，Ti/Al測試電極通過濺射Ti/Al后剝離形成金屬測試電極。

優選地，所述測試電極通過開窗沉積與外電路連接。

優選地，測試電極與Ag/ITO接觸電極接觸。

本發明還提供了一種基于上述的具有ITO電極的垂直型鍺硅光電探測器的制備方法，包括如下步驟：

步驟S1：選用Si襯底，通過分子束外延的方法生長Ge，基片結構依次為重摻雜的p型Si層，p型Ge層，本征Ge層，n型Ge層，最上方的n型Si層可以防止Ge層被氧化；

步驟S2：刻蝕出上臺面，將隔斷區同步刻蝕以減少下一步刻蝕深度；

步驟S3：刻蝕出下臺面，將器件與其他區域隔斷；