一种硅基锗外延结构及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种基于硅基锗外延的波导近红外探测器及其制备方法，该波导近红外探测器包括：n型Si衬底；于该n型Si衬底形成的Ge/Si缓冲层；于该Ge/Si缓冲层上沉积的SiO2层中制备的空气孔型或介质柱型光子晶体；在该光子晶体上形成的Ge基外延薄膜；于刻蚀该Ge基外延薄膜的外侧直至该Ge/Si缓冲层中而形成的台阶上制备的n型Si接触电极Al；于该Ge基外延薄膜的上表面中心部分制备的P型Si接触电极；以及在被刻蚀后的该Ge基外延薄膜上形成的钝化层。利用本发明专利技术，解决了现有近红外探测器中二维光子晶体光子禁带效应的应用，以及Ge与Si晶格失配所产生的应力的释放等问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体集成
，主要涉及基于硅基锗外延的近红外探测器的衬底结构设计，是一种能够对某种特定波长实现完全禁带效应，并显著提高红外探测器性能的制造技术，尤其是一种基于硅基锗外延的波导近红外探测器及其制备方法。
技术介绍
随着现代信息技术的广泛应用和对其深入研究，以光纤通信、光互连为代表的光电集成技术对半导体光电子器件和电路提出了越来越迫切的要求。制备响应波长为1. 3 μ m和1. 55 μ m，并具有高速率、高量子效率和低暗电流的光电探测器以及实现光电集成接收机芯片一直是人们追求的目标。虽然采用II1-V族材料制备的光电探测器在这方面的工艺已经比较成熟并且已 经进入产业化阶段，但其存在以下几个问题1)成本高，难以实现“光纤到户”;2)热学机械性能较差；3)晶体质量较差；4)不能与现有的成熟的硅工艺兼容。而采用Si/Ge材料制备的光电探测器的成本低，与成熟的硅工艺兼容，易于集成，并且带隙宽度可以由Ge组分来调节，通过调节Ge组分和引入表面起伏可以使探测器的响应波长工作在1. 3 μ m和1. 6 μ m。对于光电子学来讲，高性能器件的制备是以高质量材料的生长为前提的。S本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于硅基锗外延的波导近红外探测器，其特征在于，包括：n型Si衬底(101)；于该n型Si衬底(101)形成的Ge/Si缓冲层(102)；于该Ge/Si缓冲层(102)上沉积的SiO2层中制备的空气孔型或介质柱型光子晶体(104)；在该光子晶体(104)上形成的Ge基外延薄膜(105)；于刻蚀该Ge基外延薄膜(105)的外侧直至该Ge/Si缓冲层(102)中而形成的台阶上制备的n型Si接触电极Al(103)；于该Ge基外延薄膜(105)的上表面中心部分制备的P型Si接触电极(107)；以及在被刻蚀后的该Ge基外延薄膜(105)上形成的钝化层(106)。

【技术特征摘要】
1.一种基于硅基锗外延的波导近红外探测器，其特征在于，包括 η型Si衬底(101)； 于该η型Si衬底(101)形成的Ge/Si缓冲层(102)； 于该Ge/Si缓冲层(102)上沉积的SiO2层中制备的空气孔型或介质柱型光子晶体(104)； 在该光子晶体(104)上形成的Ge基外延薄膜(105)； 于刻蚀该Ge基外延薄膜(105)的外侧直至该Ge/Si缓冲层(102)中而形成的台阶上制备的η型Si接触电极Al (103)； 于该Ge基外延薄膜(105)的上表面中心部分制备的P型Si接触电极(107);以及 在被刻蚀后的该Ge基外延薄膜(105)上形成的钝化层(106)。2.根据权利要求1所述的基于硅基锗外延的波导近红外探测器，其特征在于，所述空气孔型或介质柱型光子晶体(104)是由两种或两种以上介电常数的介质材料在空间呈周期性排列的结构，其晶格类型为正方晶格、三角晶格、蜂窝晶格或光子准晶体，其周期范围为200 800nm，刻蚀深度为50 lOOOnm。3.根据权利要求2所述的基于硅基锗外延的波导近红外探测器，其特征在于，所述光子准晶体是五重对称、八重对称、十重对称和十二重对称四种对称结构中的任一种。4.根据权利要求1或2所述的基于硅基锗外延的波导近红外探测器，其特征在于，所述空气孔型或介质柱型光子晶体(104)中，介质柱或空气孔的形状为锥形、柱形、棱锥形、棱台形或半球形中的任一种。5.根据权利要求1所述的基于硅基锗外延的波导近红外探测器，其特征在于，所述空气孔型或介质柱型光子晶体(104)，若为空气孔型光子晶体，则晶格周期范围为200-800nm，空气孔的直径为200_800nm，空气孔的高度为50_1000nm ;若为介质柱型光子晶体，则晶格周期范围为200-800n，介质柱的直径为200-800nm，介质柱的高度为800-2000nm，其中介质柱由两部分组成高度为200_1000nm，其中下端部分的圆柱体的高度为O-lOOOnm，上端部分的圆锥体的高度为0_800nm。6.根据权利要求1所述的基于硅基锗外延的波导近红外探测器，其特征在于，所述η型Si接触电极Al (103)为圆环形或条形，所述P型Si接触电极(107)为圆形或四边形。7.根据权利要求6所述的基于硅基锗外延的波导近红外探测器，其特征在于，所述η型Si接触电极Al (103)为圆环形时，所述刻蚀该Ge基外延薄膜(105)的外侧直至该Ge/Si缓冲层(102)中，是于该Ge基外延薄膜(105)表面的边缘处刻蚀一个圆环，直到刻蚀至该Ge/Si缓冲层(102)中，进而形成一个圆环形台阶。8.根据权利要求6所述的基于硅基锗外延的波导近红外探测器，其特征在于，所述η型Si接触电极Al (103)为条形时，所述刻蚀该Ge基外延薄膜(105)的外侧直至该Ge/Si缓冲层(102)中，是于该Ge基外延薄膜(105)表面的两侧各刻蚀一个长条，直到刻蚀至该Ge/Si缓冲层(102)中，进而形成两个条形台阶。9.一种基于硅基锗外延的波导近红外探测器的制备方法，其特征在于，包括 选择η型Si衬底(101)； 在该η型Si衬底(101)上形成Ge/Si缓冲层(102)； 在该Ge/Si缓冲层(102)上沉积SiO2层，在该SiO2层中制备空气孔型或介质柱型光子晶体(104)； 在该光子晶体(104)上形成Ge基外延薄膜(105)； 刻蚀该Ge基外延薄膜(105)的外侧直至该Ge/Si缓冲层...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洪刚，郭浩，陈洪钧，张雄，常虎东，薛百清，韩乐，王盛凯，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
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