[发明专利]铅掺杂型锗红外光电探测器及其形成方法

说明书

本发明涉及光电子技术领域，尤其涉及一种铅掺杂型锗红外光电探测器及其形成方法。所述铅掺杂型锗红外光电探测器包括硅衬底以及位于所述硅衬底表面的器件结构；所述器件结构包括沿垂直于所述硅衬底的方向依次叠置的下接触层、锗吸收层和上接触层；所述锗吸收层中掺杂有铅元素，以扩展锗红外光电探测器的探测范围。本发明使得光电探测器在短波红外到中波红外波段都能实现高效吸收，提高了红外光电探测器的探测范围和探测灵敏度。

技术领域

本发明涉及光电子技术领域，尤其涉及一种铅掺杂型锗红外光电探测器及其形成方法。

背景技术

红外光电探测器在通信、夜视、制导、天文观测、生物医疗等领域都有着广泛的应用。现今常用的红外探测器主要为Ⅲ-Ⅴ族材料光电探测器和Ⅱ-Ⅴ族材料光电探测器。然而，Ⅲ-Ⅴ族材料和Ⅱ-Ⅴ族材料存在与Si基CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)标准工艺平台不兼容的问题，增加了器件成本，降低了器件可靠性。

相较于传统的Ⅲ-Ⅴ族红外光电探测器和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(硅)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衬底或者SOI(Silicon On Insulator，绝缘体上硅)衬底的Ge(锗)光电探测器在通讯及传感领域获得了广泛应用。然而，单一的Ge材料在波长大于1.55微米时，吸收系数急剧下降，这就使得Ge光电探测器无法满足短波红外乃至中红外波段的探测需求，从而限制了Ge光电探测器的探测范围。

因此，如何提高Ge探测器的探测范围，从而扩展Ge探测器的应用领域，是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种铅掺杂型锗红外光电探测器及其形成方法，用于解决现有的Ge探测器探测范围窄的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种铅掺杂型锗红外光电探测器，包括硅衬底以及位于所述硅衬底表面的器件结构；所述器件结构包括沿垂直于所述硅衬底的方向依次叠置的下接触层、锗吸收层和上接触层；所述锗吸收层中掺杂有铅元素，以扩展锗红外光电探测器的探测范围。

优选的，所述器件结构还包括：

位于所述下接触层与所述锗吸收层之间的第一缓冲层；

位于所述锗吸收层与所述上接触层之间的第二缓冲层。

优选的，所述下接触层的材料为硅，所述上接触层的材料为硅或者锗，且所述下接触层中具有第一掺杂离子，所述上接触层中具有第二掺杂离子，第一掺杂离子与第二掺杂离子的导电类型相反。

优选的，所述第一缓冲层与所述第二缓冲层的材料均为锗或者锗化硅。

优选的，所述锗吸收层中铅元素的摩尔分数为大于0.1％且小于2％。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种铅掺杂型锗红外光电探测器的形成方法，包括如下步骤：

提供硅衬底；

形成下接触层于所述硅衬底表面；

形成锗吸收层于所述下接触层表面，所述锗吸收层中掺杂有铅元素，以扩展锗红外光电探测器的探测范围；

形成上接触层于所述锗吸收层表面。

优选的，形成锗吸收层于所述硅衬底表面的具体步骤包括：

形成第一缓冲层于所述下接触层表面；

形成锗吸收层于所述第一缓冲层表面。

优选的，形成上接触层于所述锗吸收层表面的具体步骤包括：

形成第二缓冲层于所述锗吸收层表面；