[发明专利]一种光探测器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体光探测器件及其制备方法，特别是涉及一种绝缘层上锗光探测器及其制备方法。

背景技术

随着计算技术的快速发展和云计算和数据中心等新应用的不断产生，集成电路中传统的电互连技术将面临功耗和带宽的限制。光互连和光通信是解决上述问题的关键，而硅(Si)基光电子集成采用成熟的微电子加工工艺，将光学器件与多种功能的微电子电路集成，是实现先进光通信系统和光互连的有效途径。其中高速、高响应度、低功耗的光探测器是实现硅基光电集成的关键器件之一。硅基锗(Ge)光探测器由于锗材料对近红外波长具有高吸收系数，可以实现对光通讯波段(1.31μm和1.55μm)的有效探测，以及与现有的硅半导体工艺相兼容，成为当今研究的一大热点。硅基锗光探测器可以通过金属-半导体-金属(metal-semiconductor-metal，MSM)及p型掺杂-本征掺杂-n型掺杂(p-i-n)等形式实现。然而，现有的硅基锗光探测器仍具有暗电流较大等缺点，严重限制了器件的性能。

基于以上原因，提供一种可以有效降低暗电流的硅基锗光探测器结构及其制备方法实属必要。

发明内容

鉴于以上现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种光探测器及其制备方法，用以解决现有技术中硅基锗光探测器暗电流较大的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种光探测器及其制备方法，所述光探测器从下至上依次为：支撑衬底、绝缘层、界面钝化层、锗衬底、界面钝化层、绝缘层。

进一步地，所述锗衬底厚度为10nm至400nm。

进一步地，所述绝缘层的材料包括但不限于氧化硅，氧化铝及氧化铪。

进一步地，所述界面钝化层的材料包括但不限于氧化锗及硅。

一种光探测器的制备方法，该方法包括以下步骤：

1)提供一锗衬底，于所述锗衬底表面形成第一绝缘层和界面钝化层；

2)将形成了第一绝缘层和界面钝化层的锗衬底采用衬底键合工艺转移到一生长了第二绝缘层的支撑衬底上，形成绝缘层上锗结构；

3)减薄所述绝缘层上锗的锗衬底厚度；

4)于所述绝缘层上锗的锗衬底上形成绝缘层上锗/界面钝化层/第三绝缘层结构；

5)于所述绝缘层上锗的锗衬底上制作重掺杂区域和电极。

进一步地，步骤1)中，采用原子层沉积工艺于所述锗衬底形成第一绝缘层。

进一步地，步骤1)中，采用低温臭氧氧化及等离子体氧化工艺于锗衬底和第一绝缘层之间形成界面钝化层。

进一步地，所述低温臭氧氧化及等离子体氧化工艺所用温度为25℃至350℃。

进一步地，步骤3)中，采用机械研磨、化学机械研磨和选择性刻蚀等方法，减薄绝缘层上锗的锗衬底厚度，所述选择性刻蚀方法包括反应离子刻蚀和化学湿法刻蚀。

进一步地，步骤3)中，所述绝缘层上锗的锗衬底厚度从100μm以上减小到500nm。

本发明利用绝缘层上锗结构制备光探测器，并且，通过在锗层表面和锗-埋氧化层界面同时引入界面钝化层，进一步降低光探测器的暗电流。

附图说明

图1a～1b显示为本发明的光探测器的结构示意图。其中图1a为金属-半导体-金属型光探测器的结构示意图，图1b为p型掺杂-本征掺杂-n型掺杂型光探测器的结构示意图。

图2显示为本发明的光探测器的制备方法的步骤流程示意图。

图3～4显示为本发明的光探测器的制备方法的步骤1)所呈现的结构示意图。

图5～7显示为本发明的光探测器的制备方法的步骤2)所呈现的结构示意图。

图8显示为本发明的光探测器的制备方法的步骤3)所呈现的结构示意图。

图9显示为本发明的光探测器的制备方法的步骤4)所呈现的结构示意图。

图10a～10b显示为本发明的光探测器的制备方法的步骤5)所呈现的结构示意图。其中图10a为金属-半导体-金属型光探测器的结构示意图，图10b为p型掺杂-本征掺杂-n型掺杂型光探测器的结构示意图。

图中，锗衬底10、界面钝化层20、绝缘层30、第一绝缘层301、第二绝缘层302、支撑衬底40、第三绝缘层50、电极60、锗p型掺杂区701、锗n型掺杂区702。

具体实施方式