[发明专利]GeSn光电探测器

说明书

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种GeSn光电探测器。

背景技术

光电探测器能光信号转换为电信号，在军事和国民经济的各个领域有广泛用途；其中，在可见光或近红外波段主要用于射线测量和探测、工业自动控制、光度计量等；在红外波段主要用于导弹制导、红外热成像、红外遥感等方面；在光通信领域更是不可或缺的关键器件。

随着光通信的快速发展，对光电探测器的响应度、量子效率、暗电流以及高响应频率带宽等性能指标的要求也越来越高。

因为GeSn易发射和吸收电子，具有较高的载流子迁移率等优良的电学特性，同时GeSn材料具有与成熟硅微电子工艺的兼容性，且其工作范围可以覆盖近红外和短波红外(NIR，SWIR)波长。因此GeSn探测器设计、制造及其特点的研究已经成为近些年研究的重点与热点。为了提高在光谱响应和特殊检测率方面器件性能，具有高Sn组份和低暗电流的GeSn光电探测器是优选的。因此开展Si基GeSn材料生长与相关器件研究工作具有重要现实意义。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种GeSn光电探测器。

本发明的一个实施例提供了一种GeSn光电探测器，包括：Si衬底11以及设置于所述Si衬底11上的晶化Ge层12、GeSn层13及金属电极14。其中，所述晶化Ge层12包括N型掺杂区121、i型区122和P型掺杂区123从而形成横向P-i-N结构，所述GeSn层12设置在所述i型区122表面上，所述金属电极14分别连接所述N型掺杂区121和所述P型掺杂区123。

在本发明的一个实施例中，在所述晶化Ge层12包括Ge晶籽层和Ge主体层；其中，所述Ge晶籽层的厚度为40～50nm；所述Ge主体层的厚度为150～250nm。

在本发明的一个实施例中，所述晶化Ge层12是所述Ge晶籽层和所述Ge主体层经过激光再晶化工艺形成的；其中，所述激光再晶化工艺的参数包括：激光波长为808nm，激光光斑尺寸10mm×1mm，激光功率为1.5kW/cm²，激光移动速度为25mm/s。

在本发明的一个实施例中，所述N型掺杂区的掺杂离子为P、掺杂浓度为1×10²⁰cm^-3。

在本发明的一个实施例中，所述P型掺杂区的掺杂离子为B、掺杂浓度为1×10²⁰cm^-3。

在本发明的一个实施例中，所述GeSn层13的厚度为150～200nm。

在本发明的一个实施例中，所述金属电极14材料为Cr或者Au。

在本发明的一个实施例中，所述光电探测还包括设置于所述晶化Ge层和所述GeSn层表面的SiO₂钝化层15。

本发明提供的光电探测器，相对于现有技术至少具有如下优点：

1)本发明采用的激光晶化工艺具有选择性高，控制精度高，晶化速度快，工艺步骤简单，工艺周期短，热预算低等优点；

2)本发明通过连续激光辅助晶化Ge外延层，可有效降低Ge/Si界面的位错密度、表面粗糙度、界面缺陷，提升Ge/Si界面特性；

3)本发明中横向PiN结构的GeSn光电探测器，简化了工艺流程，节省了工艺成本。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种GeSn光电探测器的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种激光晶化工艺的示意图；

图3a-图3k为本发明实施例提供的一种GeSn光电探测器的制备方法示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例一

请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种GeSn光电探测器的结构示意图；包括：Si衬底11以及设置于所述Si衬底11上的晶化Ge层12、GeSn层13及金属电极14。其中，所述晶化Ge层12包括N型掺杂区121、i型区122和P型掺杂区123从而形成横向P-i-N结构，所述GeSn层12设置在所述i型区122表面上，所述金属电极14分别连接所述N型掺杂区121和所述P型掺杂区123。

其中，所述晶化Ge层12包括Ge晶籽层和Ge主体层；其中，所述Ge晶籽层的厚度为40～50nm；所述Ge主体层的厚度为150～250nm。