[发明专利]一种响应度可调的硅光电探测器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电探测器技术领域，尤其涉及一种响应度可调的硅光电探测器及其制作方法，是利用紫外激光技术制备纳米颗粒实现响应度可调并拓展近红外波段响应的硅光电探测器。

背景技术

硅基探测器有着广泛的应用，目前围绕进一步拓展硅探测器的性能做了很多努力，如对常规硅探测器，一方面由于晶体硅材料禁带宽度为1.12ev，无法吸收波长大于1.1μm波长的光，限制了硅光电器件的可用波段和灵敏度；另一方面，虽然利用普通晶体硅制作的p-n和p-i-n型光电探测器早已实现，但这种探测器的峰值响应大约在900nm左右，响应度峰值也只在0.5～0.9A/W之间，只能适合用于光通信中的850nm波段的探测，无法应用于光通信中的1310nm和1550nm两个重要窗口。而常见的近红外探测器材料是III-V族材料，这种材料虽然在这方面的工艺已经成熟并实现了产业化，但其价格昂贵、热学机械性能较差，并且不能与现有成熟的硅基工艺兼容。为此，发展高响应度，拓展红外响应的硅探测器一直是人们研究的热点，其在光纤通讯、单光子探测等领域都有应用潜力。

为实现硅基的红外拓展和响应度调控需要借助能带调控技术，一种方法是纳米结构，如制造纳米岛(纳米岛)或者量子阱结构实现硅基探测器红外拓展是一个重要的方法，借助外延方法A.Elfving【1-2】和A.Elfving【3】在硅衬底上实现GeSi/Si多层量子阱材料通过Ge纳米岛控制研制了硅基衬底红外响应探测器；借助脉冲激光沉积方法，刘德伟【4】等人提出了对常规n+p型硅在硫系环境下进行表面沉积纳米硅颗粒研制具有红外响应的表面纳米岛硅探测器；另一种方法，是用深能级材料的重掺杂改变能带结构实现红外拓展甚至高响应度的探测器，James E.Carey等人【5】提出利用飞秒激光在硫系氛围扫描的方法，研制了高响应度的黑硅探测器，实现了红外拓展和高响应度。然而，强激光烧蚀掺杂的办法导致表面损伤严重，使得黑硅迁移率低、载流子寿命短、重掺杂表层俄歇复合严重等导致探测器漏电严重。王熙元等人【6】，利用飞秒激光掺杂和紫外激光退火研制了Te掺杂的硅探测器，在红外拓展和高响应度比常规硅探测器有较大的改进，但是改进幅度不是很大。

参考材料：

【1】Elfving A，Hansson G V，Ni W X.SiGe(Ge-dot)heterojunction phototransistors for efficient light detection at 1.3～1.55μm[J].Physica E，2003，16：5282532.

【2】Elfving A，Hansson G V，Ni W X，et al.Gate controlled Ge/SiGe QD/QW photo-MESFETs for high photo-response at 1.31～1.55μm.IEEELEOS 2004First International Conference on Group IV Photonics.Hongkong，China，2004.)

【3】Elkurdi M，Boucaud P，and Sauvage S，et al.Near infrared waveguide photodetector with Ge/Si self assembled quantum dots[J].Appl.Phys.Lett.，2002，80(3)：5092511.

【4】刘德伟，黄永光，朱小宁，王熙元，马丽，朱洪亮，具有红外响应的表面纳米岛硅光电探测器的制作方法，中国专利，授权公告日：2012-07-04，专利号：CN102227005B。

【5】James E.Carey，Catherine H.Crouch，Mengyan Shen，and Eric Mazur，Visible and near-infrared responsivity of femtosecond-laser microstructured silicon photodiodes[J].Optics Letters，2005，30(14)：1773-1775.

【6】王熙元，黄永光，刘德伟，朱小宁，王宝军，朱洪亮，飞秒激光与准分子激光制作碲掺杂硅探测器，中国激光，2013，40(3)：0302001

发明内容

(一)要解决的技术问题