本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種探測(cè)范圍可調(diào)的IV族紅外光電探測(cè)器及其制備方法。

背景技術(shù)：

光電探測(cè)器通常在低溫環(huán)境下工作，其對(duì)環(huán)境溫度非常敏感。溫度較小的增加將引起暗電流的急劇增大，影響探測(cè)器的應(yīng)用。故一般需要對(duì)其進(jìn)行冷卻，以提高準(zhǔn)確度。高質(zhì)量Ge單晶材料作為高靈敏近紅外光電探測(cè)器的主要材料已經(jīng)有很多年了，但是其對(duì)環(huán)境要求十分苛刻，對(duì)于這樣的探測(cè)器一般需要冷卻到77K以減小暗電流，這就使得其非常昂貴并且限制了其使用。

現(xiàn)今常用的近紅外光電探測(cè)器為III-V族材料光電探測(cè)器，III-V族和硅混合集成是一個(gè)比較好的方案。然而III-V族材料存在與Si CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor,互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體)標(biāo)準(zhǔn)工藝平臺(tái)不兼容，降低了器件性能。即使實(shí)現(xiàn)了在Si片上集成了III-V族材料光電探測(cè)器，但是這增加了成本，并且增加了工藝復(fù)雜度。

因此，如何制作一種低成本，工藝簡(jiǎn)單，可在高溫下連續(xù)穩(wěn)定工作，且探測(cè)范圍可調(diào)的紅外光電探測(cè)器就變得尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種探測(cè)范圍可調(diào)的IV族紅外光電探測(cè)器及其制備方法。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例提供了一種探測(cè)范圍可調(diào)的IV族紅外光電探測(cè)器的制備方法，所述紅外光電探測(cè)器包括Ge/GeSiSn量子阱結(jié)構(gòu)。所述制備方法包括步驟：

(a)選取N型Ge襯底；

(b)在280℃～300℃，利用UHV-CVD(Ultrahigh Vacuum Chemical Vapor Deposition，超高真空化學(xué)汽相淀積)工藝，在所述N型Ge襯底上形成N型GeSiSn緩沖層；

(c)在280℃～300℃，利用UHV-CVD工藝，在所述N型GeSiSn緩沖層上形成所述Ge/GeSiSn量子阱結(jié)構(gòu)；

(d)在280℃～300℃，利用UHV-CVD工藝，在所述Ge/GeSiSn量子阱結(jié)構(gòu)上形成P型Ge接觸層；

(e)在280℃～300℃，利用UHV-CVD工藝，在所述P型Ge接觸層上形成氧化層；

(f)金屬化并光刻引線形成所述紅外光電探測(cè)器。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述N型GeSiSn緩沖層包括組分為0～0.15的Ge，組分為0～0.20的Sn，所述Ge和所述Sn的組分從下到上組分依次增加。例如，該組分可以按照厚度成均勻梯度組分變化。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述N型GeSiSn緩沖層摻雜雜質(zhì)為磷元素，摻雜濃度為1×10¹⁸～1×10¹⁹cm^-3。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述Ge/GeSiSn量子阱結(jié)構(gòu)層包括組分為0.05～0.15的Si，組分為0.10～0.20的Sn，所述Si、所述Sn的組分可調(diào)。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述Ge/GeSiSn量子阱結(jié)構(gòu)層中的Ge為本征Ge。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述Ge/GeSiSn量子阱結(jié)構(gòu)層數(shù)為10～25 層，厚度為200～750nm。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述P型Ge接觸層厚度為50～100nm。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，步驟(c)包括：

(c1)在280℃～300℃，利用UHV-CVD生長(zhǎng)工藝，在所述N型GeSiSn緩沖層上形成Ge層；

(c2)在280℃～300℃，利用UHV-CVD生長(zhǎng)工藝，在所述Ge層上形成GeSiSn層；

(c3)重復(fù)生長(zhǎng)所述Ge層和所述GeSiSn層，最終在所述N型GeSiSn緩沖層上形成所述Ge層、所述GeSiSn層周期排列的所述Ge/GeSiSn量子阱結(jié)構(gòu)。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，步驟(f)包括:

(f1)在所述氧化層上光刻形成金屬接觸窗口；

(f2)在所述金屬接觸窗口內(nèi)沉積金屬材料；

(f3)在所述沉積金屬材料上光刻引線以形成所述紅外光電探測(cè)器。

此外，本發(fā)明另一實(shí)施例提出的一種探測(cè)范圍可調(diào)的IV族紅外光電探測(cè)器，包括Ge/GeSiSn量子阱結(jié)構(gòu)，所述紅外光電探測(cè)器采用上述任意方法實(shí)施例制得。

由上可知，本發(fā)明實(shí)施例通過采用Ge/GeSiSn量子阱結(jié)構(gòu)制備紅外光電探測(cè)器，能夠克服目前異質(zhì)材料晶格失配的問題，高效解決了近紅外光電探測(cè)器大暗電流、無法在高溫下連續(xù)工作問題，并且通過調(diào)節(jié)Si、Sn的組分以此在量子阱中引入應(yīng)力調(diào)節(jié)帶隙擴(kuò)展了探測(cè)范圍和探測(cè)能力。

通過以下參考附圖的詳細(xì)說明，本發(fā)明的其它方面和特征變得明顯。但是應(yīng)當(dāng)知道，該附圖僅僅為解釋的目的設(shè)計(jì)，而不是作為本發(fā)明的范圍的限定，這是因?yàn)槠鋺?yīng)當(dāng)參考附加的權(quán)利要求。還應(yīng)當(dāng)知道，除非另外指出，不必要依比例繪制附圖，它們僅僅力圖概念地說明此處描述的結(jié)構(gòu)和流程。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種探測(cè)范圍可調(diào)的IV族紅外光電探測(cè)器的制作方法流程圖；

圖2a-圖2f為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種中紅外波段探范圍可調(diào)的IV族光電探測(cè)器制備方法示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種中紅外波段探范圍可調(diào)的IV族光電探測(cè)器器件結(jié)構(gòu)示意圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例一

請(qǐng)參見圖1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種探測(cè)范圍可調(diào)的IV族紅外光電探測(cè)器的制作方法流程圖，該制備方法包括如下步驟：

(a)選取N型Ge襯底；

(b)在280℃～300℃，利用UHV-CVD工藝，在所述N型Ge襯底上形成N型GeSiSn緩沖層；

其中，所述N型GeSiSn緩沖層包括組分為0～0.15的Ge，組分為0～0.20的Sn，所述Ge和所述Sn的組分從下到上組分依次增加，提高了晶格質(zhì)量能有效地抑制暗電流。N型GeSiSn緩沖層摻雜雜質(zhì)為磷元素，摻雜濃度為1×10¹⁸～1×10¹⁹cm^-3。例如，所述N型GeSiSn緩沖層中Ge的組分從下到上依次為0.05、0.08，0.15，所述N型GeSiSn緩沖層中Sn的組分從下到上依次為0.02、0.10、0.15。

(c)在280℃～300℃，利用UHV-CVD工藝，在所述N型GeSiSn緩沖層上形成所述Ge/GeSiSn量子阱結(jié)構(gòu)；

其中，對(duì)于步驟(c)所述Ge/GeSiSn量子阱結(jié)構(gòu)為光電探測(cè)器的吸收層，是器件工作的主要區(qū)域。所述Ge/GeSiSn多量子阱將載流子限制在量子阱中，大大減小了電子空穴對(duì)的復(fù)合作用，從而減小了光電探測(cè)器的暗電流。

另外，所述Ge/GeSiSn量子阱結(jié)構(gòu)層包括組分為0.05～0.15的Si，組分為0.10～0.20的Sn，根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)景，可以分別調(diào)節(jié)所述Si、所述Sn的組分，通過調(diào)節(jié)Si、Sn的組分以此在量子阱中引入應(yīng)力調(diào)節(jié)帶隙而進(jìn)一步調(diào)節(jié)探測(cè)波長(zhǎng)和擴(kuò)展探測(cè)能力。

再者，所述Ge/GeSiSn量子阱結(jié)構(gòu)層中的Ge為本征Ge。

再者，所述Ge/GeSiSn量子阱結(jié)構(gòu)層數(shù)為10～25層，厚度為200～750nm。

(d)在280℃～300℃，利用UHV-CVD工藝，在所述Ge/GeSiSn量子阱結(jié)構(gòu)上形成P型Ge接觸層；

其中，所述P型Ge接觸層厚度為50～100nm。

(e)在280℃～300℃，利用UHV-CVD工藝，在所述P型Ge接觸層上形成SiO₂層；

(f)金屬化并光刻引線形成所述紅外光電探測(cè)器。

其中，步驟(c)包括：

(c1)在280℃～300℃，利用UHV-CVD生長(zhǎng)工藝，在所述N型GeSiSn緩沖層上形成Ge層；

(c2)在280℃～300℃，利用UHV-CVD生長(zhǎng)工藝，在所述Ge層上形成GeSiSn層；

(c3)重復(fù)生長(zhǎng)所述Ge層和所述GeSiSn層，，最終在所述N型GeSiSn緩沖層上形成所述Ge層、所述GeSiSn層周期排列的所述Ge/GeSiSn量子阱結(jié)構(gòu)。

其中，所述Ge層的厚度為10～12nm。

其中，所述GeSiSn層的厚度為12～15nm。

其中，步驟(f)包括:

(f1)在所述SiO2上光刻形成金屬接觸窗口；

(f2)在所述金屬接觸窗口內(nèi)沉積金屬材料；

(f3)在所述金屬材料上光刻引線以形成所述紅外光電探測(cè)器。

本發(fā)明實(shí)施例能夠制備并提供適用于形成探測(cè)范圍可調(diào)的IV族紅外光電探測(cè)器。

實(shí)施例二

請(qǐng)參見圖2a-圖2f，圖2a-圖2f為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種中紅外波段探范圍可調(diào)的IV族光電探測(cè)器制備方法示意圖；在上述實(shí)施例一的基礎(chǔ)上，包括如下步驟：

S1、請(qǐng)參見圖2a，選取型N型Ge襯底。

S2、請(qǐng)參見圖2b,在280℃～300℃，利用超高真空化學(xué)氣相沉積(UHV-CVD)生長(zhǎng)工藝，在襯底上生長(zhǎng)N型GeSiSn材料作為緩沖層。

S3、請(qǐng)參見圖2c,在280℃～300℃，利用超高真空化學(xué)氣相沉積(UHV-CVD)生長(zhǎng)工藝，在S2得到的N型Ge緩沖層上生長(zhǎng)Ge層；

S4、在280℃～300℃，利用超高真空化學(xué)氣相沉積(UHV-CVD)生長(zhǎng)工藝，在S3得到的Ge層上生長(zhǎng)GeSiSn層；

S5、在280℃～300℃，利用超高真空化學(xué)氣相沉積(UHV-CVD)生長(zhǎng)工藝，在S4得到的GeSiSn上生長(zhǎng)Ge層；

S6、重復(fù)生長(zhǎng)Ge層和GeSiSn層，得到多層Ge/GeSiSn量子阱結(jié)構(gòu)；

S7、請(qǐng)參見圖2d，在280℃～300℃，利用超高真空化學(xué)氣相沉積(UHV-CVD)生長(zhǎng)工藝，在S6得到的Ge/GeSiSn多量子阱結(jié)構(gòu)上P型Ge接觸層；

S8、請(qǐng)參見圖2e，在280℃～300℃，利用超高真空化學(xué)氣相沉積(UHV-CVD)生長(zhǎng)工藝，在S7得到的P型Ge接觸層上沉積氧化層；

S9、請(qǐng)參見圖2d,在S8得到的結(jié)構(gòu)上光刻出金屬接觸窗口；

S10、在S9得到的結(jié)構(gòu)內(nèi)沉積金屬材料；

S11、在S10得到的結(jié)構(gòu)上光刻引線，形成探測(cè)范圍可調(diào)的IV族紅外光電探測(cè)器。

實(shí)施例三

請(qǐng)參照?qǐng)D3，圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種中紅外波段探范圍可調(diào)的IV族光電探測(cè)器器件結(jié)構(gòu)示意圖。該IV族光電探測(cè)器采用上述如圖1所示的制備方法制成。具體地，該IV族光電探測(cè)器從下往上依次包括：Ge支撐襯底、N型GeSiSn緩沖層、Ge/GeSiSn多量子阱結(jié)構(gòu)、氧化層、金屬電極。如圖所述，所述探測(cè)范圍可調(diào)的IV族紅外光電探測(cè)器電場(chǎng)方向和入射光方向是相互垂直的，這避免了電場(chǎng)對(duì)入射光的影響，提高了效率。

綜上所述，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明一種探測(cè)范圍可調(diào)的IV族紅外光電探測(cè)器及制備方法的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所附的權(quán)利要求為準(zhǔn)。