探测范围可调的IV族红外光电探测器及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种探测范围可调的IV族红外光电探测器及其制备方法。所述制备方法包括步骤：(a)选取N型Ge衬底；(b)在280℃～300℃，利用UHV‑CVD工艺，在所述N型Ge衬底上形成N型GeSiSn缓冲层；(c)在280℃～300℃，利用UHV‑CVD工艺，在所述N型GeSiSn缓冲层上形成所述Ge/GeSiSn量子阱结构；(d)在280℃～300℃，利用UHV‑CVD工艺，在所述Ge/GeSiSn量子阱结构上形成P型Ge接触层；(e)在280℃～300℃，利用UHV‑CVD工艺，在所述P型Ge接触层上形成SiO2层；(f)金属化并光刻引线形成所述红外光电探测器。本发明专利技术实施例制备并提供探测范围可调的IV族红外光电探测器。

IV infrared photoelectric detector with adjustable detection range and preparation method thereof

The invention relates to a IV group infrared photoelectric detector with adjustable detection range and a preparation method thereof. The preparation method comprises the steps of: (a) select N type Ge substrate; (b) at 280 to 300 DEG C, the use of UHV CVD process, the formation of N type of GeSiSn buffer layer on the N type Ge substrate; (c) at 280 to 300 DEG C, the use of UHV CVD process. The formation of the Ge/GeSiSn quantum well structure on the N type GeSiSn buffer layer; (d) at 280 to 300 DEG C, the use of UHV CVD process, the formation of P type Ge contact layer in the Ge/GeSiSn quantum well structure; (E) at 280 to 300 DEG C, the use of UHV CVD process. The SiO2 layer is formed on the P type Ge contact layer; (f) metal and lithography leads to the formation of the infrared photoelectric detector. The embodiment of the invention provides and provides an IV infrared photodetector with adjustable detection range.

【技术实现步骤摘要】
探测范围可调的IV族红外光电探测器及其制备方法
本专利技术属于半导体器件
，具体涉及一种探测范围可调的IV族红外光电探测器及其制备方法。
技术介绍
光电探测器通常在低温环境下工作，其对环境温度非常敏感。温度较小的增加将引起暗电流的急剧增大，影响探测器的应用。故一般需要对其进行冷却，以提高准确度。高质量Ge单晶材料作为高灵敏近红外光电探测器的主要材料已经有很多年了，但是其对环境要求十分苛刻，对于这样的探测器一般需要冷却到77K以减小暗电流，这就使得其非常昂贵并且限制了其使用。现今常用的近红外光电探测器为III-V族材料光电探测器，III-V族和硅混合集成是一个比较好的方案。然而III-V族材料存在与SiCMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor,互补金属氧化物半导体)标准工艺平台不兼容，降低了器件性能。即使实现了在Si片上集成了III-V族材料光电探测器，但是这增加了成本，并且增加了工艺复杂度。因此，如何制作一种低成本，工艺简单，可在高温下连续稳定工作，且探测范围可调的红外光电探测器就变得尤为重要。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种探测范围可调的IV族红外光电探测器及其制备方法。本专利技术的一个实施例提供了一种探测范围可调的IV族红外光电探测器的制备方法，所述红外光电探测器包括Ge/GeSiSn量子阱结构。所述制备方法包括步骤：(a)选取N型Ge衬底；(b)在280℃～300℃，利用UHV-CVD(UltrahighVacuumChemicalVaporDeposition，超高真空化学汽相淀积)工艺，在所述N型Ge衬底上形成N型GeSiSn缓冲层；(c)在280℃～300℃，利用UHV-CVD工艺，在所述N型GeSiSn缓冲层上形成所述Ge/GeSiSn量子阱结构；(d)在280℃～300℃，利用UHV-CVD工艺，在所述Ge/GeSiSn量子阱结构上形成P型Ge接触层；(e)在280℃～300℃，利用UHV-CVD工艺，在所述P型Ge接触层上形成氧化层；(f)金属化并光刻引线形成所述红外光电探测器。在本专利技术的一个实施例中，所述N型GeSiSn缓冲层包括组分为0～0.15的Ge，组分为0～0.20的Sn，所述Ge和所述Sn的组分从下到上组分依次增加。例如，该组分可以按照厚度成均匀梯度组分变化。在本专利技术的一个实施例中，所述N型GeSiSn缓冲层掺杂杂质为磷元素，掺杂浓度为1×1018～1×1019cm-3。在本专利技术的一个实施例中，所述Ge/GeSiSn量子阱结构层包括组分为0.05～0.15的Si，组分为0.10～0.20的Sn，所述Si、所述Sn的组分可调。在本专利技术的一个实施例中，所述Ge/GeSiSn量子阱结构层中的Ge为本征Ge。在本专利技术的一个实施例中，所述Ge/GeSiSn量子阱结构层数为10～25层，厚度为200～750nm。在本专利技术的一个实施例中，所述P型Ge接触层厚度为50～100nm。在本专利技术的一个实施例中，步骤(c)包括：(c1)在280℃～300℃，利用UHV-CVD生长工艺，在所述N型GeSiSn缓冲层上形成Ge层；(c2)在280℃～300℃，利用UHV-CVD生长工艺，在所述Ge层上形成GeSiSn层；(c3)重复生长所述Ge层和所述GeSiSn层，最终在所述N型GeSiSn缓冲层上形成所述Ge层、所述GeSiSn层周期排列的所述Ge/GeSiSn量子阱结构。在本专利技术的一个实施例中，步骤(f)包括:(f1)在所述氧化层上光刻形成金属接触窗口；(f2)在所述金属接触窗口内沉积金属材料；(f3)在所述沉积金属材料上光刻引线以形成所述红外光电探测器。此外，本专利技术另一实施例提出的一种探测范围可调的IV族红外光电探测器，包括Ge/GeSiSn量子阱结构，所述红外光电探测器采用上述任意方法实施例制得。由上可知，本专利技术实施例通过采用Ge/GeSiSn量子阱结构制备红外光电探测器，能够克服目前异质材料晶格失配的问题，高效解决了近红外光电探测器大暗电流、无法在高温下连续工作问题，并且通过调节Si、Sn的组分以此在量子阱中引入应力调节带隙扩展了探测范围和探测能力。通过以下参考附图的详细说明，本专利技术的其它方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本专利技术的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种探测范围可调的IV族红外光电探测器的制作方法流程图；图2a-图2f为本专利技术实施例提供的一种中红外波段探范围可调的IV族光电探测器制备方法示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种中红外波段探范围可调的IV族光电探测器器件结构示意图；具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例一请参见图1，图1为本专利技术实施例提供的一种探测范围可调的IV族红外光电探测器的制作方法流程图，该制备方法包括如下步骤：(a)选取N型Ge衬底；(b)在280℃～300℃，利用UHV-CVD工艺，在所述N型Ge衬底上形成N型GeSiSn缓冲层；其中，所述N型GeSiSn缓冲层包括组分为0～0.15的Ge，组分为0～0.20的Sn，所述Ge和所述Sn的组分从下到上组分依次增加，提高了晶格质量能有效地抑制暗电流。N型GeSiSn缓冲层掺杂杂质为磷元素，掺杂浓度为1×1018～1×1019cm-3。例如，所述N型GeSiSn缓冲层中Ge的组分从下到上依次为0.05、0.08，0.15，所述N型GeSiSn缓冲层中Sn的组分从下到上依次为0.02、0.10、0.15。(c)在280℃～300℃，利用UHV-CVD工艺，在所述N型GeSiSn缓冲层上形成所述Ge/GeSiSn量子阱结构；其中，对于步骤(c)所述Ge/GeSiSn量子阱结构为光电探测器的吸收层，是器件工作的主要区域。所述Ge/GeSiSn多量子阱将载流子限制在量子阱中，大大减小了电子空穴对的复合作用，从而减小了光电探测器的暗电流。另外，所述Ge/GeSiSn量子阱结构层包括组分为0.05～0.15的Si，组分为0.10～0.20的Sn，根据具体应用场景，可以分别调节所述Si、所述Sn的组分，通过调节Si、Sn的组分以此在量子阱中引入应力调节带隙而进一步调节探测波长和扩展探测能力。再者，所述Ge/GeSiSn量子阱结构层中的Ge为本征Ge。再者，所述Ge/GeSiSn量子阱结构层数为10～25层，厚度为200～750nm。(d)在280℃～300℃，利用UHV-CVD工艺，在所述Ge/GeSiSn量子阱结构上形成P型Ge接触层；其中，所述P型Ge接触层厚度为50～100nm。(e)在280℃～300℃，利用UHV-CVD工艺，在所述P型Ge接触层上形成SiO2层；(f)金属化并光刻引线形成所述红外光电探测器。其中，步骤(c)包括：(c1)在280℃～300℃，利用UHV-CVD生长工艺，在所述N型GeSiSn缓冲层上形成Ge层；(c2)在280℃～300℃，利用UHV-CVD生长工艺，在所述Ge层上形成GeS本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种探测范围可调的IV族红外光电探测器的制备方法，其特征在于，所述红外光电探测器包括Ge/GeSiSn量子阱结构。所述制备方法包括步骤：(a)选取N型Ge衬底；(b)在280℃～300℃，利用UHV‑CVD工艺，在所述N型Ge衬底上形成N型GeSiSn缓冲层；(c)在280℃～300℃，利用UHV‑CVD工艺，在所述N型GeSiSn缓冲层上形成所述Ge/GeSiSn量子阱结构；(d)在280℃～300℃，利用UHV‑CVD工艺，在所述Ge/GeSiSn量子阱结构上形成P型Ge接触层；(e)在280℃～300℃，利用UHV‑CVD工艺，在所述P型Ge接触层上形成氧化层；(f)金属化并光刻引线形成所述红外光电探测器。

【技术特征摘要】
1.一种探测范围可调的IV族红外光电探测器的制备方法，其特征在于，所述红外光电探测器包括Ge/GeSiSn量子阱结构。所述制备方法包括步骤：(a)选取N型Ge衬底；(b)在280℃～300℃，利用UHV-CVD工艺，在所述N型Ge衬底上形成N型GeSiSn缓冲层；(c)在280℃～300℃，利用UHV-CVD工艺，在所述N型GeSiSn缓冲层上形成所述Ge/GeSiSn量子阱结构；(d)在280℃～300℃，利用UHV-CVD工艺，在所述Ge/GeSiSn量子阱结构上形成P型Ge接触层；(e)在280℃～300℃，利用UHV-CVD工艺，在所述P型Ge接触层上形成氧化层；(f)金属化并光刻引线形成所述红外光电探测器。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述N型GeSiSn缓冲层包括组分为0～0.15的Ge，组分为0～0.20的Sn，所述Ge和所述Sn的组分从下到上组分依次增加。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述Ge/GeSiSn量子阱结构层包括组分为0.05～0.15的Si，组分为0.10～0.20的Sn，所述Si、所述Sn的组分可调。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述Ge/GeSiSn量子...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡辉勇，吴继宝，舒斌，李露，刘伟，范林西，陶春阳，王斌，张鹤鸣，宋建军，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61