專(zhuān)利名稱(chēng)：硅基量子點(diǎn)紅外探測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于納米半導(dǎo)體電子器件范圍，特別涉及一種硅基量子點(diǎn)紅外探測(cè)器。
背景技術(shù)：
隨著加工尺寸的進(jìn)一步減小，我們將進(jìn)入一個(gè)全新的納米電子器件時(shí)期。這就是我們面臨的電子器件發(fā)展的第二次變革。在光通訊方面，對(duì)波長(zhǎng)處于石英光纖最小吸收窗口附近的低維量子結(jié)構(gòu)的光電探測(cè)器件的研究，就成為一個(gè)非常熱門(mén)的課題。目前S.D.Gunapala，等人在“Appl.Phys.Lett.64(1994)3431 andreferences therein”文獻(xiàn)中已報(bào)道已有響應(yīng)度高達(dá)幾個(gè)A/W的光電探測(cè)器。但是絕大部分的研究成果都集中在InAs/InGaAs等直接能隙半導(dǎo)體量子阱、量子點(diǎn)光電探測(cè)器上，而對(duì)于Ge/Si這樣間接能隙半導(dǎo)體量子阱、量子點(diǎn)的光學(xué)特性的研究較少。在成熟的硅基大規(guī)模集成電路技術(shù)要求制作光電探測(cè)器的材料能與之相容的這一點(diǎn)上，硅基Ge/Si低維材料無(wú)疑有著無(wú)可替代的優(yōu)勢(shì)。量子阱中，電偶極躍遷對(duì)正入射光的吸收十分微弱，從而限制了量子阱材料在實(shí)際的紅外光探測(cè)器中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是提供一種硅基量子點(diǎn)紅外探測(cè)器。其特征在于所述紅外探測(cè)器的結(jié)構(gòu)是在硅襯底1上為下電極接觸層2，在下電極接觸層2兩邊較低平面部分為臺(tái)面3，在臺(tái)面3上設(shè)置Al膜做下電極4；在下電極接觸層2的高平面上為Si的隔離層6，Ge量子點(diǎn)5分布其中，分布有Ge量子點(diǎn)5的Si隔離層有8-12層疊加在一起；然后在該層上面為上電極接觸層7，該層周邊以Al膜作為上電極8，中部為透光窗口9，即做成一個(gè)硅基Ge量子點(diǎn)紅外探測(cè)器。探測(cè)器工作時(shí)，給上電極8、下電極4上加上偏壓V，光從上面的透光窗口9入射。利用Ge量子點(diǎn)層5作為紅外吸收層，由于電子(空穴)吸收光子產(chǎn)生帶間或帶內(nèi)躍遷而產(chǎn)生了新的電子空穴對(duì)，這些載流子就在所加的外電場(chǎng)作用下形成電流，從而為外電路所探測(cè)。
所述量子點(diǎn)除用Ge材料外，還可用鍺硅化合物制作。
本實(shí)用新型的有益效果是量子點(diǎn)紅外探測(cè)器與量子阱探測(cè)器相比有著明顯的優(yōu)點(diǎn)量子阱紅外探測(cè)器由于選擇定則的限制，對(duì)正入射光照不敏感；量子點(diǎn)中局域態(tài)的存在，使得帶內(nèi)躍遷能被正入射光照誘發(fā)；量子點(diǎn)中聲子散射的減少，光激載流子在弛豫到基態(tài)前形成光電流，提高了探測(cè)效率；量子點(diǎn)激發(fā)態(tài)中載流子壽命的延長(zhǎng)也有利于改善探測(cè)器性能；選擇合適的摻雜濃度，由于其態(tài)密度的峰化，量子點(diǎn)探測(cè)器的漏電流密度相對(duì)低。


圖1為硅基Ge量子點(diǎn)紅外探測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
在圖1所示的硅基Ge量子點(diǎn)紅外探測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖中，在硅襯底1上為下電極接觸層2，在下電極接觸層2兩邊較低平面部分為臺(tái)面3，在臺(tái)面3上設(shè)置Al膜做下電極4；在下電極接觸層2的高平面上為Si的隔離層6，Ge量子點(diǎn)5分布其中，分布有Ge量子點(diǎn)5的Si隔離層有8-12層疊加在一起；然后在該層上面為上電極接觸層7，該層周邊以Al膜作為上電極8，中部為透光窗口9，即做成一個(gè)硅基Ge量子點(diǎn)紅外探測(cè)器。該結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)采用了清華大學(xué)微電子所自行研制的超高真空化學(xué)氣相淀積系統(tǒng)(UHV/CVD)GSE-400制備，當(dāng)然其他的同類(lèi)設(shè)備也能用。溫度控制在550℃，生長(zhǎng)以SiH4GeH4，BH3，PH5等為氣源進(jìn)行生長(zhǎng)。如圖1所示，在p型(100)Si(p～0.1Ω·cm)襯底1(高摻雜SOI的硅片)上先生長(zhǎng)200nm的P型重?fù)诫sSi(1018cm-3)作為下電極接觸層2，接著生長(zhǎng)10層周期性重復(fù)的的Ge量子點(diǎn)5及覆蓋在其上面的40nm的本征Si的隔離層6。最后在上面再長(zhǎng)一層100nm的n型重?fù)诫sSi(1018cm-3)作為上電極的接觸層7。這樣的P-i-N結(jié)構(gòu)，既可以利用量子點(diǎn)做吸收層，對(duì)正入射光敏感，又可以利用pn結(jié)暗電流小的優(yōu)點(diǎn)，從而提高探測(cè)效率。并且用SOI作為反射層，大大提高了光的入射效率。探測(cè)器工作時(shí)，給上電極8、下電極4上加上偏壓V，光從上面的透光窗口9入射。利用Ge或用鍺硅化合物制作量子點(diǎn)層5作為紅外吸收層，由于電子(空穴)吸收光子產(chǎn)生帶間或帶內(nèi)躍遷而產(chǎn)生了新的電子空穴對(duì)，這些載流子就在所加的外電場(chǎng)作用下形成電流，從而為外電路所探測(cè)。
權(quán)利要求1.一種硅基量子點(diǎn)紅外探測(cè)器，其特征在于所述紅外探測(cè)器的結(jié)構(gòu)是在硅襯底(1)上為下電極接觸層(2)，在下電極接觸層(2)兩邊較低平面部分為臺(tái)面(3)，在臺(tái)面(3)上設(shè)置Al膜做下電極(4)；在下電極接觸層(2)的高平面上為Si的隔離層(6)，Ge量子點(diǎn)(5)分布其中，分布有Ge量子點(diǎn)(5)的Si隔離層有8-12層疊加在一起；然后在該層上面為上電極接觸層(7)，該層周邊以Al膜作為上電極(8)，中部為透光窗口(9)，即做成一個(gè)硅基Ge量子點(diǎn)紅外探測(cè)器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述硅基量子點(diǎn)紅外探測(cè)器，其特征在于所述量子點(diǎn)除用Ge材料外，還可用鍺硅化合物制作。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了屬于納米半導(dǎo)體電子器件范圍的一種硅基Ge量子點(diǎn)紅外探測(cè)器。在硅襯底片上從下至上生長(zhǎng)下電極接觸層、下電極、相間生長(zhǎng)Ge量子點(diǎn)和Si隔離層8－12層；然后在上面再長(zhǎng)一層上電極接觸層、上電極；且在上電極上刻出一個(gè)透光窗口即做成一個(gè)硅基Ge量子點(diǎn)紅外探測(cè)器。量子點(diǎn)紅外探測(cè)器與量子阱探測(cè)器相比有著明顯的優(yōu)點(diǎn)量子點(diǎn)中聲子散射的減少，光激載流子在弛豫到基態(tài)前形成光電流，提高了探測(cè)效率；量子點(diǎn)激發(fā)態(tài)中載流子壽命的延長(zhǎng)也有利于改善探測(cè)器性能；選擇合適的摻雜濃度，由于其態(tài)密度的峰化，量子點(diǎn)探測(cè)器的漏電流密度相對(duì)低。
文檔編號(hào)H01L27/14GK2678141SQ20032010017
公開(kāi)日2005年2月9日 申請(qǐng)日期2003年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月10日
發(fā)明者陳培毅, 魏榕山, 鄧寧 申請(qǐng)人:清華大學(xué)