[发明专利]半导体红外探测器及其制备方法

说明书

本发明提供了一种半导体红外探测器，应用于半导体技术领域，包括：硅基衬底，硅基衬底上依次外延有p型锗锡吸收层、锗硅势垒层和p型锗锡接触层，该p型锗锡吸收层、锗硅势垒层和p型锗锡接触层在该硅基衬底上形成台面结构，该p型锗锡接触层和该硅基衬底上均设置有金属电极。本发明还提供了一种半导体红外探测器的制备方法，可有效降低半导体红外探测器的暗电流。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种半导体红外探测器及其制备方法。

背景技术

硅基材料与硅的CMOS工艺兼容，可以实现8英寸以上晶圆的制备，这对降低红外探测器成本和提高阵列数非常有帮助。常见的硅基材料如锗硅、锗和锗锡材料，通过调节合金中的硅或锡含量，其带隙可以覆盖短波红外至中波红外。基于PIN型和MSM型的锗和锗锡探测器均有报道，但是普遍存在暗电流较高等问题，特别是锗锡红外探测器，暗电流非常高，限制其在高性能中波红外探测方面的应用。

在不降低器件性能的条件下，提高硅基探测器的工作温度能有效降低制冷型红外探测器系统的功耗、体积和重量，提高系统可靠性和性价比，并能大幅延长其使用寿命，是硅基红外光子学领域学术和产业界共同关注的热点难点问题。nBn型红外探测器是一种单极性探测器，能够消除肖特基-里德-霍尔(Shockley-Read-Hall)产生复合电流，有效降低器件的暗电流并提高工作温度。由于nBn型探测器具有高温工作的优点，很多红外公司均成功研制出nBn或pBp型器件结构制备了单极型红外探测器。然而，这些探测器大多基于III-V化合物或基于HgCdTe材料，成本较高且难以制备成大的阵列。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种半导体红外探测器及其制备方法，以解决上述至少一个技术问题。

为实现上述目的，本发明实施例第一方面提供一种半导体红外探测器，包括：

硅基衬底，硅基衬底上依次外延有p型锗锡吸收层、锗硅势垒层和p型锗锡接触层，所述p型锗锡吸收层、锗硅势垒层和p型锗锡接触层在所述硅基衬底上形成台面结构；

所述p型锗锡接触层和所述硅基衬底上均设置有金属电极。

在本发明一实施例中，所述半导体红外探测器为电子单极性输运。

在本发明一实施例中，所述硅基衬底和所述p型锗锡吸收层之间还外延有p型锗缓冲层。

在本发明一实施例中，所述p型锗锡吸收层中的锡组分占比为8％至20％；

所述p型锗锡吸收层的掺杂浓度范围为1×10¹⁶cm^-3至1×10¹⁹cm^-3，掺杂厚度范围为100nm至1000nm。

在本发明一实施例中，所述锗硅势垒层中的硅组分占比为5％至20％；

所述锗硅势垒层的掺杂浓度范围为1×10¹⁵cm^-3至1×10¹⁷cm^-3，掺杂厚度范围为100nm至500nm。

在本发明一实施例中，所述p型锗锡接触层中的锡组分占比为8％至20％，所述p型锗锡接触层的掺杂类型为p型，掺杂浓度范围1×10¹⁶cm^-3至1×10¹⁹cm^-3，掺杂厚度范围为100nm至500nm。

在本发明一实施例中，所述p型锗锡接触层的带隙大于所述p型锗锡吸收层的带隙。

在本发明一实施例中，所述p型锗缓冲层的掺杂浓度范围1×10¹⁶cm^-3至1×10¹⁹cm^-3，厚度范围为500nm至2000nm。