[發(fā)明專利]包括基于SiGe/Ge的外圍中間部分的減小暗電流的鍺光電二極管

在審

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• 申請日: 2022-11-17
• 公開（公告）號: CN116137298A
• 公開（公告）日: 2023-05-19
• 發(fā)明（設計）人: 阿卜杜卡迪爾·阿利亞內(nèi);哈奇萊·卡亞;讓-米歇爾·哈特曼
• 申請（專利權）人: 原子能和替代能源委員會
• 主分類號: H01L31/0352
• 分類號: H01L31/0352;H01L31/109;H01L31/18
• 代理公司: 北京柏杉松知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 11413
• 代理人: 王賀達;程強

本發(fā)明涉及一種平面型光電二極管，其包括主層(22)和p摻雜的外圍側向部分(25)，該主層包括n摻雜的第一區(qū)域(11)、p摻雜的第二區(qū)域(12)和中間區(qū)域(13)。所述平面型光電二極管還包括外圍中間部分(27)，該外圍中間部分(27)由硅?鍺的單晶薄層(27.1)和鍺的單晶薄層(27.2)交替制成，位于第一面(22a)上，并且在摻雜的第一區(qū)域(11)與外圍側向部分(25)之間延伸并與摻雜的第一區(qū)域(11)和外圍側向部分(25)相距非零距離，以在主平面中包圍摻雜的第一區(qū)域(11)。

技術領域

本發(fā)明的領域是基于鍺的平面型光電二極管。本發(fā)明特別適用于檢測近紅外光輻射的領域。

背景技術

光電的光電檢測設備可以包括鈍化平面型光電二極管的矩陣陣列。光電二極管由同一個基于鍺的半導體層形成，該基于鍺的半導體層沿主平面延伸，并具有彼此相對且彼此平行的兩個面。然后它們均都包括檢測部分，例如由n+摻雜的鍺制成的并與第一面齊平的第一區(qū)域、p+摻雜的鍺制成的并與第二面齊平的第二區(qū)域、以及本征或非常弱的p摻雜的鍺制成并位于摻雜的第一與第二區(qū)域之間的中間區(qū)域形成。由介電材料制成的鈍化層可以覆蓋第一面，以限制暗電流對每個光電二極管測量的電流的貢獻。

n+摻雜的第一區(qū)域和p+摻雜的第二區(qū)域可以從第一面?zhèn)入娖谩＠缬蓀+摻雜的多晶硅制成的外圍側向部分因此在光電二極管的主平面中包圍檢測部分并且與p+摻雜的第二區(qū)域接觸。布置在第一面?zhèn)鹊慕饘儆|點可以與n+摻雜的第一區(qū)域和p+摻雜的外圍側向部分接觸，并且可以使光電二極管反向偏置。

n+摻雜的第一區(qū)域可以通過局部摻雜檢測部分的鍺來產(chǎn)生，例如通過離子注入n型摻雜劑(諸如磷、砷或銻)來產(chǎn)生。然后通常需要進行退火以便至少部分地矯正由離子注入在鍺中生成的晶體缺陷。然而，很明顯的是，盡管進行了高溫退火，這些晶體缺陷仍然難以矯正。此外，在制造過程中執(zhí)行的退火操作(例如這種高溫退火)可能導致這些摻雜劑從擴散部分顯著且不受控制地擴散。這種n型摻雜劑的擴散通過形成連接例如n+摻雜的第一區(qū)域和p+摻雜的外圍側向部分的穿孔區(qū)增加光電二極管短路的風險。此外，由離子注入生成的這些晶體缺陷(例如n型摻雜劑的這種顯著擴散)有助于增加暗電流，從而使光電二極管的性能惡化。因此，需要提供一種平面型光電二極管，其中暗電流減少，特別是關于與n+摻雜的第一區(qū)域的產(chǎn)生相關的暗電流部分減少。

文獻US?2020/176503?A1、US?2020/168758?A1、US?2021/104644?A1、US?2021/111205A1以及Benedikovic等人的題為Silicon-germanium?receivers?for?short-wave-infrared?optoelectronics?and?communications,Nanophotonics,2021,10(3),1059-1079的科學文章描述了基于鍺的平面型光電二極管的各種示例。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少部分地糾正現(xiàn)有技術的缺點，并且更具體地提出一種減小暗電流的、特別是減少暗電流在光電二極管的第一面上的表面分量的平面型光電二極管。

為此，本發(fā)明的主題是一種平面型光電二極管，其包括具有彼此相對且平行于主平面的第一面和第二面的主層，該主層由基于鍺的第一晶體半導體材料制成，該主層包括由以下區(qū)域形成的檢測部分：與第一面齊平的n型摻雜的第一區(qū)域，旨在進行電偏置；與第二面齊平的p型摻雜的第二區(qū)域；中間區(qū)域，該中間區(qū)域位于摻雜的第一區(qū)域與摻雜的第二區(qū)域之間，并且在主平面中包圍摻雜的第一區(qū)域。平面型光電二極管還包括外圍側向部分，該外圍側向部分由p型摻雜的第二半導體材料制成，在主平面中包圍檢測部分，并且與摻雜的第二區(qū)域接觸，旨在進行電偏置。

根據(jù)本發(fā)明，平面型光電二極管包括外圍中間部分，該外圍中間部分由硅-鍺的單晶薄層和鍺的單晶薄層交替制成，以與檢測部分接觸的方式位于第一面上，并且在摻雜的第一區(qū)域與外圍側向部分之間延伸并與摻雜的第一區(qū)域和外圍側向部分相距非零距離，以在主平面中包圍摻雜的第一區(qū)域。

該光電二極管的一些優(yōu)選但非限制性方面如下。