[发明专利]驰豫GeSn红外雪崩光电探测器及其制造方法

说明书

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种驰豫GeSn红外雪崩光电探测器及其制造方法。所述驰豫GeSn红外雪崩光电探测器，包括衬底以及沿垂直于所述衬底的方向依次层叠于衬底上的电荷倍增结构、缓冲层和吸收层；所述电荷倍增结构采用Si材料构成；所述吸收层采用驰豫Ge_1‑xSn_x材料构成，其中，0x1；所述缓冲层采用Si_1‑yGe_y材料构成，其中，0.2y0.8，且其缺陷密度大于预设值，以限制由所述Si材料与所述驰豫Ge_1‑xSn_x材料晶格失配引起的线位错传播。本发明有着大的光电流放大倍数和高的灵敏度，同时避免了厚的驰豫Ge缓冲层的生长，使得缺陷位错局限在缓冲层中，从而保证高质量的驰豫GeSn吸收层的生长。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种驰豫GeSn红外雪崩光电探测器及其制造方法。

背景技术

红外光电探测器在通信、夜视、制导、天文观测、生物医疗等方面有着广泛的应用。相较于传统的III-V族和II-V族红外光电探测器，IV族红外光电探测器因其在制备工艺上与Si基CMOS工艺兼容，具有体积小、易集成、低成本、高性能等潜在优势。基于Si衬底或SOI(Silicon On Insulator，绝缘体上硅)衬底的Ge探测器在通讯及传感领域获得了广泛的应用。然而，Ge材料在波长大于1.55μm时，吸收系数急剧下降，这使得Ge探测器无法满足短波红外乃至中红外的应用。在Ge中引入Sn可以延伸其探测范围，随着Sn组分的增加，其探测范围可以延伸至短波红外乃至中红外波段。近年来，GeSn红外光电探测器受到了广泛的研究。

然而，传统的GeSn p-i-n型光电探测器因缺少内部增益机制，灵敏度受到限制。另外，由于GeSn与Si之间存在大的晶格失配，已报道的GeSn红外光电探测器通常引入一层厚的驰豫的Ge材料作为缓冲层，然后在其上外延生长应变的GeSn材料作为吸收层。应变GeSn吸收层的厚度会受到应变驰豫临界厚度的限制，从而限制了红外光电探测器的响应度。同时，厚的驰豫Ge缓冲层会限制探测器的设计，尤其是雪崩光电探测器的设计，使得探测器的性能难以实现最优化。

因此，如何提高GeSn红外光电探测器的灵敏度，是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种驰豫GeSn红外雪崩光电探测器及其制造方法，用以解决现有的GeSn红外光电探测器灵敏度较低的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种驰豫GeSn红外雪崩光电探测器，包括衬底以及沿垂直于所述衬底的方向依次层叠于衬底上的电荷倍增结构、缓冲层和吸收层；

所述电荷倍增结构采用Si材料构成；

所述吸收层采用驰豫Ge_1-xSn_x材料构成，其中，0x1；

所述缓冲层的缺陷密度大于预设值，以限制由所述Si材料与所述驰豫Ge_1-xSn_x材料晶格失配引起的线位错传播。

优选的，所述缓冲层采用Si_1-yGe_y材料构成，其中，0.2y0.8。

优选的，所述缓冲层的厚度30nm～80nm。

优选的，还包括：

位于所述衬底上的下接触层；

沿垂直于所述衬底的方向层叠于所述吸收层表面的上接触层；

位于所述下接触层表面的n-电极；

位于所述上接触层表面的p-电极。

优选的，所述电荷倍增结构包括沿垂直于所述衬底的方向依次层叠于所述下接触层表面的倍增层和电荷层；