张应变锗MSM光电探测器制造技术

本实用新型专利技术公开一种张应变锗MSM光电探测器。所述光电探测器包括衬底层，自所述衬底层第一表面向外，依次叠设有牺牲层、含锗层、应力源层、金属层；所述含锗层图形化形成中心区和周围区，所述中心区和所述周围区通过含锗桥梁连接成一体，由所述含锗层中心区、含锗桥梁和含锗周围区围成若干通孔；所述含锗层中心区的正下方无所述牺牲层；所述应力源层贯穿所述通孔和所述牺牲层、并延伸至所述衬底层第一表面；所述金属层嵌入所述应力源层，并与所述含锗层的中心区接通；所述金属层构成光电探测器的正极和负极。本实用新型专利技术光电探测器含锗层中可控的引入大的张应变，张应变达到2.0％以上，从而有效的提高MSM光电探测器的响应度。

【技术实现步骤摘要】
张应变锗MSM光电探测器
本技术涉及光电探测器
，尤其涉及一种张应变锗MSM光电探测器。
技术介绍
光电探测器是光通信、光互连和光电集成技术中关键的光电器件之一。随着信息技术向超大容量信息传输、超高密度信息存储等方向飞速发展，要求光电探测器具有更快的响应速度和更高的响应度，而金属-半导体-金属(MSM)光电探测器由于具有小的串联电阻和寄生电容(RC时间常数小)以及加工工艺简单而得到广泛应用。室温下，锗(Ge)的直接带隙为0.801eV，锗的截止波长(1.55μm)比硅的(1.1μm)长。另外，锗与硅同属于第Ⅳ主族元素，锗器件制造工艺与硅集成电路工艺的兼容性好，因此锗成为光通信波段(主要应用的光通信波段的波长为：常规波段即C波段：1528-1560nm，以及长波段即L波段：1561-1620nm)光电探测器的理想材料。但是，由于锗在光通信波段的吸收系数依然偏小(波长1.55μm处的吸收系数仅为470cm-1)，难以同时提高器件的响应度和响应速度。张应变能够降低晶体的对称性，改变能带结构，从而降低禁带宽度并提高吸收系数和响应度。锗中引入张应变大小分别为0％、0.2％和0.25％时，锗的直接带隙分别为0.801eV、0.773eV和0.764eV。对应的，在波长1550nm处的吸收系数分别为470cm-1、3300cm-1和4570cm-1；在波长1620nm处的吸收系数分别为70cm-1、265cm-1和500cm-1。当锗吸收区的厚度为500nm，考虑锗表面对入射光的反射作用(反射率为38％)，则对应地，波长1550nm处的响应度分别达到：0.018A/W、0.118A/W和0.158A/W；波长1620nm处的响应度分别达到：0.003A/W、0.011A/W和0.02A/W。响应度随着张应变的增加而增大。在锗中引入更大的张应变(0.25％-2％)，锗的直接带隙进一步降低，吸收系数和响应度将得到进一步提高。因此，在锗中引入张应变，是改善锗MSM光电探测器性能的一种有效途径。目前，在锗中引入张应变的方法主要是外延技术，外延技术主要包括以下几种：(一)、在Si衬底上外延Ge薄膜。这种方法由于Si的晶格常数比Ge的小，Ge薄膜中的张应变主要由Si和Ge热膨胀系数的不同而产生，由于热膨胀系数失配有限，且材料承受的温度最高必须低于其熔点，张应变最大值仅能达到0.3％。(二)、在锗锡(GeSn)缓冲层上外延Ge薄膜。这种方法获得的GeSn合金的晶格常数比Ge的大，共格生长在GeSn缓冲层上的Ge薄膜中的张应变随着Sn组分的增加而增加。然而，Ge和Sn的相互平衡固溶度都小于1％，并且Sn的表面自由能比Ge的小，Sn容易分凝到表面。制备高Sn组分、高质量GeSn缓冲层很困难。在GeSn缓冲层上生长Ge薄膜获得的张应变不足1.4％。(三)、在铟镓砷(InGaAs)缓冲层上外延Ge薄膜。该技术获得的Ge薄膜中张应变达到2.3％。该技术的不足之处是采用了Ⅲ-Ⅴ材料，与硅集成电路工艺不兼容。另外，为了提高张应变锗薄膜的晶体质量，控制位错的产生和应变弛豫，锗薄膜的厚度仅为10nm，不满足实际光电探测器制作的要求(实际中，至少需要几百纳米的厚度)。
技术实现思路
针对光电探测器存在器件由于张应变的因素而导致响应度和响应速度不能同时满足等问题，本技术实施例提供了一种张应变锗MSM光电探测器。为了达到上述技术目的，本技术实施例采用了如下的技术方案：一种张应变锗MSM光电探测器，包括衬底层，所述衬底层具有相对的第一表面和第二表面；自所述第一表面向外，依次叠设有牺牲层、含锗层、应力源层、金属层；所述含锗层图形化形成中心区和周围区，所述中心区和所述周围区通过含锗桥梁连接成一体，由所述含锗层中心区、含锗桥梁和含锗周围区围成若干通孔；所述含锗层中心区的正下方无所述牺牲层；所述应力源层贯穿所述通孔和所述牺牲层、并延伸至所述衬底层第一表面；所述金属层嵌入所述应力源层，并与所述含锗层的中心区接通；所述金属层构成所述张应变锗MSM光电探测器的正极和负极。优选地，所述中心区为圆形、长方形或正方形。优选地，水平横截所述含锗层得到的通孔在水平横截面的图形呈扇形、长方形、正方形、三角形、梯形中的任一种。优选地，所述中心区的面积为30～700μm2。优选地，所述衬底层为Si晶圆层、Ge晶圆层、砷化镓晶圆层中的任一种，厚度为300～1000μm；和/或所述牺牲层为二氧化硅层、氮化硅层、氧化铝层中的任一种，厚度为100～1000nm；和/或所述含锗层为纯锗层，厚度为100～500nm；和/或所述应力源层为氮化硅层，厚度为200～800nm；和/或所述金属层为铝层或金层，厚度为200～800nm。本技术上述实施例提供的张应变锗MSM光电探测器，通过改变MSM光电探测器的层结构关系，使含锗层与牺牲层之间形成具有中空的内部结构，并且在含锗层的表面沉积应力源层，在含锗层中可控的引入大的张应变，张应变达到2.0％以上，从而有效的提高了MSM光电探测器的响应度。附图说明图1为本技术实施例提供的张应变锗MSM光电探测器结构俯视示意图；图2本技术实施例提供的张应变锗MSM光电探测器结构A-A剖视示意图；图3本技术实施例提供的张应变锗MSM光电探测器结构的含锗层俯视示意图；图4本技术实施例提供的张应变锗MSM光电探测器制备方法形成包含衬底层、牺牲层和含锗层的俯视示意图；图5本技术实施例提供的张应变锗MSM光电探测器制备方法形成包含衬底层、牺牲层和含锗层的B-B剖视示意图；图6本技术实施例提供的张应变锗MSM光电探测器制备方法图形化含锗层的俯视示意图；图7本技术实施例提供的张应变锗MSM光电探测器制备方法图形化含锗层的C-C剖视示意图；图8本技术实施例提供的张应变锗MSM光电探测器制备方法腐蚀部分牺牲层的俯视示意图；图9本技术实施例提供的张应变锗MSM光电探测器制备方法腐蚀部分牺牲层的D-D剖视示意图；图10本技术实施例提供的张应变锗MSM光电探测器制备方法形成应力源层结构的俯视示意图；图11本技术实施例提供的张应变锗MSM光电探测器制备方法形成应力源层结构的E-E剖视示意图；图12本技术实施例提供的张应变锗MSM光电探测器制备方法在应力源层上形成金属电极孔的俯视示意图；图13本技术实施例提供的张应变锗MSM光电探测器制备方法在应力源层上形成金属电极孔的结构F-F剖视示意图；图14本技术实施例提供的张应变锗MSM光电探测器制备方法在应力源层上形成金属电极的俯视示意图；图15本技术实施例提供的张应变锗MSM光电探测器制备方法在应力源层上形成金属电极结构的G-G剖视示意图。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。如图1、2、3所示，本技术实施例提供一种张应变锗MSM光电探测器。所述张应变锗MSM光电探测器包括衬底层1，衬底层1具有相对的第一表面和第二表面；自所述第一表面向外，依次叠设有牺牲层2、含锗层3、应力源层4、金属层5。其中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种张应变锗MSM光电探测器，其特征在于：包括衬底层；所述衬底层具有相对的第一表面和第二表面；自所述第一表面向外，依次叠设有牺牲层、含锗层、应力源层、金属层；所述含锗层图形化形成中心区和周围区，所述中心区和所述周围区通过含锗桥梁连接成一体，由所述含锗层中心区、含锗桥梁和含锗周围区围成若干通孔；所述含锗层中心区的正下方无所述牺牲层；所述应力源层贯穿所述通孔和所述牺牲层、并延伸至所述衬底层第一表面；所述金属层嵌入所述应力源层内部，并与所述含锗层的中心区接通；所述金属层构成所述张应变锗MSM光电探测器的正极和负极。

【技术特征摘要】
1.一种张应变锗MSM光电探测器，其特征在于：包括衬底层；所述衬底层具有相对的第一表面和第二表面；自所述第一表面向外，依次叠设有牺牲层、含锗层、应力源层、金属层；所述含锗层图形化形成中心区和周围区，所述中心区和所述周围区通过含锗桥梁连接成一体，由所述含锗层中心区、含锗桥梁和含锗周围区围成若干通孔；所述含锗层中心区的正下方无所述牺牲层；所述应力源层贯穿所述通孔和所述牺牲层、并延伸至所述衬底层第一表面；所述金属层嵌入所述应力源层内部，并与所述含锗层的中心区接通；所述金属层构成所述张应变锗MSM光电探测器的正极和负极。2.如权利要求1所述的张应变锗MSM光电探测器，其特征在于：所述中心区为圆形、长方形或正方形。3.如权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：周志文，李世国，沈晓霞，
申请(专利权)人：深圳信息职业技术学院，
类型：新型
国别省市：广东,44