用于长波光通信的光电探测器及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于长波光通信的光电探测器及其制备方法，其中，所述制备方法包括：选取N型Si或SOI衬底；在所述衬底上生长Ge缓冲层；在所述Ge缓冲层上生长N型GeSn缓冲层；在所述GeSn缓冲层上生长GeSn/Ge多量子阱有源层；在所述GeSn/Ge多量子阱有源层上生长GeSn接触层；在所述GeSn接触层上采用等离子体化学气相沉积工艺生长SiO

Photoelectric detector for long wave optical communication and preparation method thereof

The invention relates to a photoelectric detector and a preparation method thereof, wherein the long wave communication, the preparation method comprises the following steps: select N type Si or SOI substrate; growth of Ge buffer layer on the substrate; growth of N type GeSn buffer layer on the Ge buffer layer on the growth of GeSn/Ge quantum well active; the GeSn layer on the buffer layer; in the GeSn/Ge MQW active layer grown on GeSn contact layer; the GeSn layer in contact with the plasma chemical vapor deposition growth of SiO

【技术实现步骤摘要】
用于长波光通信的光电探测器及制备方法
本专利技术涉及半导体器件制备
，具体涉及一种用于长波光通信的光电探测器及其制备方法。
技术介绍
光电探测器的工作原理是基于光电效应，光电探测器在军事和国民经济的各个领域有广泛用途。在可见光或近红外波段主要用于射线测量和探测、工业自动控制、光度计量等；在红外波段主要用于导弹制导、红外热成像、红外遥感等方面。目前商用III-V族或者II-VI族光电探测器制造成本非常高，价格非常昂贵，并且存在与SiCMOS工艺技术不兼容而降低了器件性能等问题，因而IV族材料的光电探测器是一个研究的方向；现在商用IV族材料光电探测器还无法连续探测到1800nm，作为IV族半导体材料的Ge，只覆盖到部分C波段(1530-1565nm)，不能连续覆盖800～1800nm通信波段。因此，选择何种材料及工艺来制作用于探测800～1800nm连续波段的光电探测器变得尤为重要。
技术实现思路
为了解决现有光电探测器技术中不能连续覆盖800～1800nm通信波段的问题，本专利技术提供了一种用于长波光通信的光电探测器的制备方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：本专利技术的实施例提供了一种用于长波光通信的光电探测器的制备方法，其中，所述制备方法包括：(a)选取N型Si或SOI衬底；(b)在所述衬底上生长Ge缓冲层；(c)在所述Ge缓冲层上生长N型GeSn缓冲层；(d)在所述GeSn缓冲层上生长GeSn/Ge多量子阱有源层；(e)在所述GeSn/Ge多量子阱有源层上生长GeSn接触层；(f)在所述GeSn接触层上采用等离子体化学气相沉积工艺生长SiO2；(g)光刻引线以制备所述光电探测器。在本专利技术的一个实施例中，所述的Ge缓冲层的厚度为250～300nm。在本专利技术的一个实施例中，所述的GeSn缓冲层的厚度为150～200nm。在本专利技术的一个实施例中，所述GeSn/Ge多量子阱有源层的层数为10～20层，厚度为250nm～750nm。在本专利技术的一个实施例中，所述GeSn接触层厚度为50～80nm。在本专利技术的一个实施例中，步骤(b)包括：(b1)在230～250℃下，利用分子束外延生长工艺，在所述衬底上生长第一Ge缓冲层；(b2)在470～500℃下，利用分子束外延生长工艺，在所述第一Ge缓冲层表面生长第二Ge缓冲层从而形成所述Ge缓冲层。在本专利技术的一个实施例中，步骤(d)包括：(d1)在280～300℃下，利用分子束外延生长工艺，在所述GeSn缓冲层上生长本征GeSn单晶层；(d2)在280～300℃下，利用分子束外延生长工艺，在所述本征GeSn单晶层上生长本征Ge层；(d3)在280～300℃下，利用分子束外延生长工艺，在所述本征Ge层上生长本征GeSn单晶层；(d4)重复步骤d2、d3得到所述GeSn/Ge多量子阱有源层。在上述实施例的基础上，所述本征Ge层的厚度为10～15nm；所述本征GeSn单晶层的厚度为15～20nm。在本专利技术的一个实施例中，所述GeSn/Ge多量子阱有源层的GeSn单晶层中Sn的组分为2～5％。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：兼容了CMOS工艺，克服了暗电流大，低于1800nm连续波段探测问题，且能通过调节多量子阱中GeSn中Sn的组分和调节多量子阱中Ge的厚度以调整带隙结构，从而调节探测范围和探测能力。附图说明下面将结合附图，对本专利技术的具体实施方式进行详细的说明。图1为本专利技术实施例提供的一种用于长波光通信的光电探测器制备方法流程图；图2a-图2g为本专利技术实施例的一种用于长波光通信的光电探测器制备方法示意图；以及图3为本专利技术实施例的一种用于长波光通信的光电探测器结构示意图。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用于长波光通信的光电探测器的制备方法流程图，其中，所述制备方法包括：(a)选取N型Si或SOI衬底；(b)在所述衬底上生长Ge缓冲层；(c)在所述Ge缓冲层上生长N型GeSn缓冲层；(d)在所述GeSn缓冲层上生长GeSn/Ge多量子阱有源层；(e)在所述GeSn/Ge多量子阱有源层上生长GeSn接触层；(f)在所述GeSn接触层上采用等离子体化学气相沉积工艺生长SiO2；(g)光刻引线以制备所述光电探测器。优选地，所述的Ge缓冲层的厚度为250～300nm。优选地，所述的GeSn缓冲层的厚度为150～200nm。优选地，所述GeSn/Ge多量子阱有源层的层数为10～20层，厚度为250nm～750nm。其中，所述GeSn/Ge多量子阱有源层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。进一步的，所述长波光通信的光电探测器的吸收层为所述GeSn/Ge量子阱有源层，所述长波光通信的光电探测器电场方向和入射光方向是相互垂直的，这避免了电场对入射光的影响，提高了效率。优选地，所述GeSn接触层厚度为50～80nm。优选地，步骤(b)包括：(b1)在230～250℃下，利用分子束外延生长工艺，在所述衬底上生长第一Ge缓冲层；(b2)在470～500℃下，利用分子束外延生长工艺，在所述第一Ge缓冲层表面生长第二Ge缓冲层从而形成所述Ge缓冲层。优选地，步骤(d)包括：(d1)在280～300℃下，利用分子束外延生长工艺，在所述GeSn缓冲层上生长本征GeSn单晶层；(d2)在280～300℃下，利用分子束外延生长工艺，在所述本征GeSn单晶层上生长本征Ge层；(d3)在280～300℃下，利用分子束外延生长工艺，在所述本征Ge层上生长本征GeSn单晶层；(d4)重复步骤d2、d3得到所述GeSn/Ge多量子阱有源层。其中，所述本征Ge层的厚度为10～15nm；所述本征GeSn单晶层的厚度为15～20nm。优选地，所述GeSn/Ge多量子阱有源层的GeSn单晶层中Sn的组分为2～5％。其中，通过调节所述GeSn/Ge多量子阱有源层的GeSn单晶层中Sn的组分和调节所述GeSn/Ge多量子阱有源层中Ge的厚度以调节量子阱中的应力，以此来调节带隙结构从而扩展探测波长和增强探测能力。采用本实施方式的用于长波光通信的光电探测器兼容了CMOS工艺，克服了暗电流大，低于1800nm连续波段探测问题，且能通过调节多量子阱中GeSn中Sn的组分和调节多量子阱中Ge的厚度以调整带隙结构，从而调节探测范围和探测能力。实施例二请参照图2a-图2g，图2a-图2g为本专利技术实施例的一种用于长波光通信的光电探测器的制备方法示意图，该制备方法包括如下步骤：S1、如图2a所示，选取型N型Si或SOI衬底；S2、如图2b所示，在230～250℃下，利用分子束外延生长工艺，在衬底上250℃生长一层低温Ge缓冲层后，升温至470～500℃生长高温Ge缓冲层；S3、如图2c所示，在280～300℃下，利用分子束外延生长工艺，在S2得到的Ge缓冲层上生长N型GeSn作为缓冲层；如图2d所示：S4、在280～300℃下，利用分子束外延生长工艺，在S3得到的N型GeSn缓冲层上生长本征GeSn单晶；S5、在280～300℃下，利用分子束外延生长工艺，在S4得到的本征GeSn本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于长波光通信的光电探测器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：(a)选取N型Si或SOI衬底；(b)在所述衬底上生长Ge缓冲层；(c)在所述Ge缓冲层上生长N型GeSn缓冲层；(d)在所述GeSn缓冲层上生长GeSn/Ge多量子阱有源层；(e)在所述GeSn/Ge多量子阱有源层上生长GeSn接触层；(f)在所述GeSn接触层上采用等离子体化学气相沉积工艺生长SiO

【技术特征摘要】
1.一种用于长波光通信的光电探测器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：(a)选取N型Si或SOI衬底；(b)在所述衬底上生长Ge缓冲层；(c)在所述Ge缓冲层上生长N型GeSn缓冲层；(d)在所述GeSn缓冲层上生长GeSn/Ge多量子阱有源层；(e)在所述GeSn/Ge多量子阱有源层上生长GeSn接触层；(f)在所述GeSn接触层上采用等离子体化学气相沉积工艺生长SiO2；(g)光刻引线以制备所述光电探测器。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的Ge缓冲层的厚度为250～300nm。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述的GeSn缓冲层的厚度为150～200nm。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述GeSn/Ge多量子阱有源层的层数为10～20层，厚度为250nm～750nm。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述GeSn接触层厚度为50～80nm。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(b)包括：(b1)在230～250℃下，利用分子束外延生...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡辉勇，吴继宝，舒斌，陶春阳，杨虹，范林西，李露，王斌，张鹤鸣，宣荣喜，
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