[发明专利]基于III-V族材料发射极区的GeSn光电晶体管及其制造方法

说明书

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种基于III‑V族材料发射极区的GeSn光电晶体管及其制造方法。所述基于III‑V族材料发射极区的GeSn光电晶体管，包括衬底以及沿垂直于所述衬底的方向依次层叠于所述衬底表面的集电极区、吸收层、基极区和发射极区；所述吸收层与所述基极区采用Ge_1‑xSn_x材料构成，其中，0x1；所述发射极区采用III‑V族材料构成；所述III‑V族材料与所述Ge_1‑xSn_x材料的晶格失配度小于预设值，且所述III‑V族材料的能带带隙大于所述Ge_1‑xSn_x材料。本发明使得光电晶体管有着大的光电流放大倍数和高的灵敏度，且更容易实现高的光学增益。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种基于III-V族材料发射极区的GeSn光电晶体管及其制造方法。

背景技术

GeSn作为一种新型的Ⅳ族合金材料，在近红外乃至短波红外有着大的吸收系数，是制备Si红外光电探测器的理想材料。近年来，GeSn红外光电探测器受到了广泛的研究。Wei Du等作者在其发表的题为“Silicon-based Ge_0.89Sn_0.11photodetector and lightemitter towards mid-infrared applications”中公开了一种面接收型GeSn光电探测器，Sn组分含量为11％的GeSn合金作为吸收层，其光响应范围扩展至3um波段。

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。Wei Wang等作者在其发表的题为“Floating-base germanium-tin heterojunctionphototransistor for high-efficiency photodetection in short-wave infraredrange”中公开了一种基于Ge/GeSn异质结的光电晶体管。相较于传统的Ge探测器，GeSn光电晶体管探测波段延伸至2μm波段；相较于传统的p-i-n型光电探测器，GeSn光电晶体管有着10倍的光电流增益，在1.55μm波长处光响应度高达1.8A/W。然而，GeSn光电晶体管还有这很大的改善空间。尽管Ge和GeSn界面处有着大的价带带阶，但其导带带阶非常小，这限制了PNP型光电晶体管的制备。同时，Ge和GeSn之间存在着晶格失配，且晶格失配随着Sn组分的增加而增大，使得外延生长高质量的Ge/GeSn异质结构具有较大难度。

因此，如何增大GeSn光电晶体管的探测灵敏度，以改善GeSn光电晶体管的性能，是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种基于III-V族材料发射极区的GeSn光电晶体管及其制造方法，用于解决现有技术中GeSn光电晶体管探测灵敏度较低的问题，以提高GeSn光电晶体管的性能。

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于III-V族材料发射极区的GeSn光电晶体管，包括衬底以及沿垂直于所述衬底的方向依次层叠于所述衬底表面的集电极区、吸收层、基极区和发射极区；

所述吸收层与所述基极区采用Ge_1-xSn_x材料构成，其中，0x1；

所述发射极区采用III-V族材料构成；

所述III-V族材料与所述Ge_1-xSn_x材料的晶格失配度小于预设值，且所述III-V族材料的能带带隙大于所述Ge_1-xSn_x材料。

优选的，所述III-V族材料为InAlP、InAlAs、InGaP、InGaAs中的一种或几种的组合。

优选的，所述发射极区的厚度为100nm-500nm。