基于III-V族材料发射极区的GeSn光电晶体管及其制造方法技术

本发明专利技术涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种基于III‑V族材料发射极区的GeSn光电晶体管及其制造方法。所述基于III‑V族材料发射极区的GeSn光电晶体管，包括衬底以及沿垂直于所述衬底的方向依次层叠于所述衬底表面的集电极区、吸收层、基极区和发射极区；所述吸收层与所述基极区采用Ge

Gesn phototransistor based on emitter region of III-V materials and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
基于III-V族材料发射极区的GeSn光电晶体管及其制造方法
本专利技术涉及半导体制造
，尤其涉及一种基于III-V族材料发射极区的GeSn光电晶体管及其制造方法。
技术介绍
GeSn作为一种新型的Ⅳ族合金材料，在近红外乃至短波红外有着大的吸收系数，是制备Si红外光电探测器的理想材料。近年来，GeSn红外光电探测器受到了广泛的研究。WeiDu等作者在其发表的题为“Silicon-basedGe0.89Sn0.11photodetectorandlightemittertowardsmid-infraredapplications”中公开了一种面接收型GeSn光电探测器，Sn组分含量为11％的GeSn合金作为吸收层，其光响应范围扩展至3um波段。然而，传统的GeSnp-i-n型光电探测器因缺少内部增益机制，灵敏度受到限制。WeiWang等作者在其发表的题为“Floating-basegermanium-tinheterojunctionphototransistorforhigh-efficiencyphotodetectioninshort-waveinfraredrange”中公开了一种基于Ge/GeSn异质结的光电晶体管。相较于传统的Ge探测器，GeSn光电晶体管探测波段延伸至2μm波段；相较于传统的p-i-n型光电探测器，GeSn光电晶体管有着10倍的光电流增益，在1.55μm波长处光响应度高达1.8A/W。然而，GeSn光电晶体管还有这很大的改善空间。尽管Ge和GeSn界面处有着大的价带带阶，但其导带带阶非常小，这限制了PNP型光电晶体管的制备。同时，Ge和GeSn之间存在着晶格失配，且晶格失配随着Sn组分的增加而增大，使得外延生长高质量的Ge/GeSn异质结构具有较大难度。因此，如何增大GeSn光电晶体管的探测灵敏度，以改善GeSn光电晶体管的性能，是目前亟待解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于III-V族材料发射极区的GeSn光电晶体管及其制造方法，用于解决现有技术中GeSn光电晶体管探测灵敏度较低的问题，以提高GeSn光电晶体管的性能。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种基于III-V族材料发射极区的GeSn光电晶体管，包括衬底以及沿垂直于所述衬底的方向依次层叠于所述衬底表面的集电极区、吸收层、基极区和发射极区；所述吸收层与所述基极区采用Ge1-xSnx材料构成，其中，0<x<1；所述发射极区采用III-V族材料构成；所述III-V族材料与所述Ge1-xSnx材料的晶格失配度小于预设值，且所述III-V族材料的能带带隙大于所述Ge1-xSnx材料。优选的，所述III-V族材料为InAlP、InAlAs、InGaP、InGaAs中的一种或几种的组合。优选的，所述发射极区的厚度为100nm-500nm。优选的，所述集电极区为n-型Si材料层或者n-型Ge材料层；所述基极区为p-型Ge1-xSnx材料层；所述发射区为n-型III-V族材料层。优选的，所述集电极区为p-型Si材料层或者p-型Ge材料层；所述基极区为n-型Ge1-xSnx材料层；所述发射区为p-型III-V族材料层。为了解决上述问题，本专利技术还提供了一种基于III-V族材料发射极区的GeSn光电晶体管的制造方法，包括如下步骤：提供衬底；形成器件结构于所述衬底上，所述器件结构包括沿垂直于所述衬底的方向依次层叠于所述衬底表面的集电极区、吸收层、基极区和发射极区；所述吸收层与所述基极区采用Ge1-xSnx材料构成，其中，0<x<1；所述发射极区采用III-V族材料构成；所述III-V族材料与所述Ge1-xSnx材料的晶格失配度小于预设值，且所述III-V族材料的能带带隙大于所述Ge1-xSnx材料。优选的，所述III-V族材料为InAlP、InAlAs、InGaP、InGaAs中的一种或几种的组合。优选的，所述发射极区的厚度为100nm-500nm。优选的，形成器件结构于所述衬底上的具体步骤包括：外延生长n-型Si材料层或n-型Ge材料层于所述衬底表面，形成集电极区；外延生长本征Ge1-xSnx材料层于所述集电极区表面，形成吸收层；外延生长p-型Ge1-xSnx材料层于所述吸收层表面，形成基极区；外延生长n-型III-V族材料层于所述基极区表面，形成发射极区。优选的，形成器件结构于所述衬底上的具体步骤包括：外延生长p-型Si材料层或p-型Ge材料层于所述衬底表面，形成集电极区；外延生长本征Ge1-xSnx材料层于所述集电极区表面，形成吸收层；外延生长n-型Ge1-xSnx材料层于所述吸收层表面，形成基极区；外延生长p-型III-V族材料层于所述基极区表面，形成发射极区。本专利技术提供的基于III-V族材料发射极区的GeSn光电晶体管及其制造方法，具有以下三个方面的优势：第一，与传统的III-V族、II-VI族红外探测器相比，本专利技术采用GeSn材料作为吸收层，能够与CMOS工艺兼容；第二，与传统的GeSnp-i-n型光电探测器相比，本专利技术采用由III-V族材料构成的发射极区与由GeSn材料构成的基极区结构，使得光电晶体管有着大的光电流放大倍数和高的灵敏度；第三，与基于Ge/GeSn异质结的光电晶体管相比，本专利技术提供的结构有着更大的设计灵活度，更容易实现高的光学增益。附图说明附图1是本专利技术第一具体实施方式中基于III-V族材料发射极区的GeSn光电晶体管的结构示意图；附图2是本专利技术第一具体实施方式中基于III-V族材料发射极区的GeSn光电晶体管的制造方法流程图；附图3A-3G是本专利技术第一具体实施方式中基于III-V族材料发射极区的GeSn光电晶体管在制造过程中的主要工艺结构示意图；附图4是本专利技术第二具体实施方式中基于III-V族材料发射极区的GeSn光电晶体管的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术提供的基于III-V族材料发射极区的GeSn光电晶体管及其制造方法的具体实施方式做详细说明。第一具体实施方式本具体实施方式提供了一种基于III-V族材料发射极区的GeSn光电晶体管，附图1是本专利技术第一具体实施方式中基于III-V族材料发射极区的GeSn光电晶体管的结构示意图。如图1所示，本具体实施方式提供的基于III-V族材料发射极区的GeSn光电晶体管，包括衬底10以及沿垂直于所述衬底10的方向依次层叠于所述衬底10表面的集电极区11、吸收层12、基极区13和发射极区14；所述吸收层12与所述基极区13采用Ge1-xSnx材料构成，其中，0<x<1；所述发射极区14采用III-V族材料构成；所述III-V族材料与所述Ge1-xSnx材料的晶格失配度小于预设值，且所述III-V族材料的能带带隙本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于III-V族材料发射极区的GeSn光电晶体管，其特征在于，包括衬底以及沿垂直于所述衬底的方向依次层叠于所述衬底表面的集电极区、吸收层、基极区和发射极区；/n所述吸收层与所述基极区采用Ge

【技术特征摘要】
1.一种基于III-V族材料发射极区的GeSn光电晶体管，其特征在于，包括衬底以及沿垂直于所述衬底的方向依次层叠于所述衬底表面的集电极区、吸收层、基极区和发射极区；
所述吸收层与所述基极区采用Ge1-xSnx材料构成，其中，0<x<1；
所述发射极区采用III-V族材料构成；
所述III-V族材料与所述Ge1-xSnx材料的晶格失配度小于预设值，且所述III-V族材料的能带带隙大于所述Ge1-xSnx材料。


2.根据权利要求1所述的基于III-V族材料发射极区的GeSn光电晶体管，其特征在于，所述III-V族材料为InAlP、InAlAs、InGaP、InGaAs中的一种或几种的组合。


3.根据权利要求2所述的基于III-V族材料发射极区的GeSn光电晶体管，其特征在于，所述发射极区的厚度为100nm-500nm。


4.根据权利要求1所述的基于III-V族材料发射极区的GeSn光电晶体管，其特征在于，所述集电极区为n-型Si材料层或者n-型Ge材料层；
所述基极区为p-型Ge1-xSnx材料层；
所述发射区为n-型III-V族材料层。


5.根据权利要求1所述的基于III-V族材料发射极区的GeSn光电晶体管，其特征在于，所述集电极区为p-型Si材料层或者p-型Ge材料层；
所述基极区为n-型Ge1-xSnx材料层；
所述发射区为p-型III-V族材料层。


6.一种基于III-V族材料发射极区的GeSn光电晶体管的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供衬底；
形成器件结构于所述衬底上，所述器件结构包括沿垂直于所述衬底的方向依次层叠于所述衬底表面的集电极区、吸收层、基...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪巍，方青，涂芝娟，曾友宏，蔡艳，王庆，王书晓，余明斌，
申请(专利权)人：上海新微技术研发中心有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31