横向p-i-n结构Ge光电探测器的制备方法技术

横向p-i-n结构Ge光电探测器的制备方法，涉及一种锗光电探测器。1)在衬底上外延生长单晶锗层，再在锗层上生长SiO2覆盖层；2)利用微电子光刻技术在外延单晶锗层上刻蚀出细长条的有源区台面；3)利用单晶锗层上面的SiO2覆盖层做掩蔽，通过侧向大偏角离子注入在台面两侧形成掺杂p区与掺杂n区；4)沉积金属Ni层后热退火，利用NiGe、NiSi形成时的自对准工艺在台面两侧及刻蚀区底部形成NiGe和NiSi接触电极；5)引出器件电极，保护钝化层，即得横向p-i-n结构Ge光电探测器。工艺简单，可操作性强，极具应用价值。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】，涉及一种锗光电探测器。1)在衬底上外延生长单晶锗层，再在锗层上生长SiO2覆盖层；2)利用微电子光刻技术在外延单晶锗层上刻蚀出细长条的有源区台面；3)利用单晶锗层上面的SiO2覆盖层做掩蔽，通过侧向大偏角离子注入在台面两侧形成掺杂p区与掺杂n区；4)沉积金属Ni层后热退火，利用NiGe、NiSi形成时的自对准工艺在台面两侧及刻蚀区底部形成NiGe和NiSi接触电极；5)引出器件电极，保护钝化层，即得横向p-i-n结构Ge光电探测器。工艺简单，可操作性强，极具应用价值。【专利说明】横向p-1-n结构Ge光电探测器的制备方法
本专利技术涉及一种锗光电探测器，特别是一种横向p-1-n结构Ge光电探测器的制备方法。
技术介绍
研究显示，集成电路芯片中超过一半的功耗集中在芯片的互连，同时互连还受到信号传输带宽的限制。从长远来看，在芯片内部引入光互连部分代替电互连，以光子作为载体实现高速低功耗信号传输，是芯片进一步集成化的必然要求。在硅基光互连中，将光信号转换为电信号的光电探测器是实现片上光互连的重要器件。制作光电探测器的方法是在硅上直接外延锗(Ge)材料作为有源区制备长波长光电探测器。Ge是准直接带隙材料，对1.55 μ m以下的波长有强烈的吸收，是制作光电探测器的首选材料。近年来国际上研制中的Ge光电探测器纷纷达到30GHz量级( ChongLi，Chunlai Xuej Zhi Liuj Buwen Cheng, Chuanbo Li，and Qiming Wang, High-bandwidthand high-responsivity top-1lluminated germanium photodiodes for opticalinterconnection, IEEE Trans.Electron Devices,60，1183 - 1187，(2013) ； S.Klinger, M.Berrothj M.Kaschelj M.0ehmej and E.Kasper，“Ge-on-Si p-1-n photodiodeswith3~dB bandwidth of49GHz, ” IEEE Photon.Technol.Lett.，21，920 - 922，(2009))。常见的垂直入射纵向Ge p-1-n光电探测器中，为提高器件工作带宽速度，通常的方法是通过减小本征区厚度来减小光生载流子的渡越时间。但Ge本征区同时又是垂直入射光信号的吸收区域，光吸收与光生载流子渡越同方向进行，本征区减薄必然同时导致光吸收的不足，因而降低了器件的光信号响应度。高速和高响应度的矛盾是垂直入射纵向P-1-n结构Ge光电探测器的内在缺陷。因此波导型p-1-n结构的Ge光电探测器日益引起研究者的关注，该器件工作时，光信号不再从上方垂直入射，而从侧向Si波导引入，光信号的吸收和载流子的渡越控制在两个相互垂直的方向上，从根本上解决了宽带与响应度之间的矛盾(D.Feng, S.Liao, P.Dong, N.-N.Feng, H.Liang, D.Zheng, C.-C.Kungj J.Fong, R.Shafiihaj J.Cunningham, A.V.Krishnamoorthyj and M.Asgharij High-speed Ge photodetector monolithicallyintegrated with large cross-section si I icon-on-1nsulator waveguide,Appl.Phys.Lett., 95, 261105, (2009) ； Shirong Liao，Ning-Ning Feng, Dazeng Feng, PoDong，Roshanak Shafiihaj Cheng-Chih Kungj Hong Liang,Wei Qian,Yong Liu，JoanFong, John E.Cunningham, Ying Luoj and Mehdi Asgharij 36GHz submicron siliconwaveguide germanium photodetector, Optics Express, 19，10967-10972，(2011).)。随着波导型Ge探测器研究的普及，传统的Ge光电探测器也从纵向p-1-n结构设计向横向p-1-n结构设计转变(Laurent Vivien, Andreas Polzerj Delphine Marris-Morinij JohannOsmond, Jean Michel Hartmann,Paul Crozatj Eric CassanjChristophe Koppj HorstZimmermannj Jean Marc Fedeli，Zero_bias40Gbit/s germanium waveguidephotodetector on silicon, Optics Express, 20，1096-1101，(2012).)。新型横向 p-1-n结构Ge光电探测器中的p-1-n结沿水平方向放置，并与波导垂直。转向之后的p-1-n结结区面积由Ge外延层厚度与结区长度共同决定，Ge外延层厚度一般在I μ m左右，结区长度在波导端面耦合情况下可以缩小至10 μ m,结区面积因此获得了最小化，意味着该器件适用于未来集成电路的超高速工作条件。另外，横向p-1-n结构Ge光电探测器结构紧凑,十分有利于器件小型化与片上光互连系统集成。横向p-1-n结构Ge光电探测器的线条尺寸通常在亚微米量级，需要先进的微电子光刻工艺完成。
技术实现思路
本专利技术的目的在于结合离子测向注入和NiGe自对准工艺，仅借助常规光刻条件就能够实现亚微米级线条尺寸横向p-1-n结构Ge光电探测器,工艺简单、性能优越的横向P-1-n结构Ge光电探测器的制备方法。本专利技术包含以下步骤:I)在衬底上外延生长单晶锗层，再在锗层上生长SiO2覆盖层；2)利用微电子光刻技术在外延单晶锗层上刻蚀出细长条的有源区台面；3)利用单晶锗层上面的SiO2覆盖层做掩蔽，通过侧向大偏角离子注入在台面两侧形成掺杂P区与掺杂η区；4)沉积金属Ni层后热退火,利用NiGe、NiSi形成时的自对准工艺在台面两侧及刻蚀区底部形成NiGe和NiSi接触电极；5)引出器件电极，保护钝化层，即得横向p-1-n结构Ge光电探测器。在步骤I)中，所述衬底可采用绝缘层上硅SOI衬底；所述生长可采用分子束外延、低压化学气相沉积或超高真空化学气相沉积等外延技术；所述单晶锗层的厚度可为Iym;若探测器器件需要与波导端面耦合时，可以利用光刻技术形成SiO2图形做掩蔽，对有源区区域的Si层进行刻蚀减薄之后，再选择性外延Ge，波导结构可以直接对SOI的Si层进行刻蚀得到；所述在锗层上生长SiO2覆盖层可采用等离子体增强化学气相沉积法，SiO2覆盖层的厚度可大于200nm。在步骤2)中，所述利用微电子光刻技术在外延单晶锗层上刻蚀出细长条的有源区台面，可采用光刻胶保护有源区，线条宽度为Iy m，对非有源区域但需要NiSi电极区域刻蚀除去SiO2覆盖层和Ge层本文档来自技高网...

【技术保护点】
横向p‑i‑n结构Ge光电探测器的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)在衬底上外延生长单晶锗层，再在锗层上生长SiO2覆盖层；2)利用微电子光刻技术在外延单晶锗层上刻蚀出细长条的有源区台面；3)利用单晶锗层上面的SiO2覆盖层做掩蔽，通过侧向大偏角离子注入在台面两侧形成掺杂p区与掺杂n区；4)沉积金属Ni层后热退火，利用NiGe、NiSi形成时的自对准工艺在台面两侧及刻蚀区底部形成NiGe和NiSi接触电极；5)引出器件电极，保护钝化层，即得横向p‑i‑n结构Ge光电探测器。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄巍，魏江镔，陈松岩，李成，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建;35