[发明专利]基于Ge/Si虚衬底的GeSn光电探测器及其制备方法

摘要

本发明涉及一种基于Ge/Si虚衬底的GeSn光电探测器及其制备方法，该方法包括选取Si衬底；生长Ge籽晶层；生长Ge主体层；生长SiO2层；将整个衬底材料加热至700℃，连续采用激光工艺晶化，激光波长为808nm，光斑尺寸10mm×1mm，功率为1.5kW/cm2，移动速度为25mm/s，形成晶化Ge层；去除SiO2层；掺杂形成P型晶化Ge层；生长本征GeSn层及N型Ge层、SiO2钝化层及Cr/Au层；利用CMP工艺进行处理后形成光电探测器。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；通过连续激光辅助晶化Ge/Si虚衬底，可有效降低Ge/Si虚衬底的位错密度、表面粗糙度、界面缺陷从而降低了GeSn光电探测器暗电流。

主权项

一种基于Ge/Si虚衬底的GeSn光电探测器的制备方法，其特征在于，包括：S101、选取单晶Si衬底材料；S102、在275℃～325℃温度下，利用CVD工艺在所述单晶Si衬底上生长厚度为40～50nm的Ge籽晶层；S103、在500℃～600℃温度下，利用CVD工艺在在所述Ge籽晶层表面生长厚度为150～250nm的Ge主体层；S104、利用CVD工艺在所述Ge主体层表面上淀积厚度为150nm第一SiO2层；S105、将包括所述单晶Si衬底、所述Ge籽晶层、所述Ge主体层及所述第一SiO2层的整个衬底材料加热至700℃，连续采用激光工艺晶化所述整个衬底材料，其中，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，形成晶化Ge层；S106、自然冷却整个衬底材料；S107、利用干法刻蚀工艺刻蚀所述第一SiO2层，以得到Ge/Si虚衬底；S108、利用离子注入对晶化Ge层进行硼离子注入，形成P型Ge层，掺杂浓度为5*1018cm‑3；S109、在H2氛围中降温至350℃以下，以SnCl4和GeH4分别作为Sn和Ge源且GeH4和SnCl4气体流量比为0.95～0.99，在所述P‑Ge层表面生长厚度为150～200nm的本征GeSn层；S110、以N2作为运载气体，以1％的PH3作为P掺杂源，在所述GeSn层表面生长厚度为30～50nm的N型Ge层；S111、使用HCl:H2O2:H2O＝1:1:20的化学溶剂，以100nm/min的速率进行台面刻蚀，刻蚀深度为500nm；S112、利用等离子增强化学气相淀积工艺，在所述N型Ge层表面淀积厚度为100～120nm的SiO2钝化层；S113、利用刻蚀工艺选择性刻蚀指定区域的所述SiO2钝化层形成接触孔；S114、利用电子束蒸发工艺淀积厚度为150～200nm的Cr/Au材料；S115、利用刻蚀工艺选择性刻蚀指定区域的所述Cr/Au材料，并利用CMP工艺进行平坦化处理，以形成所述基于Ge/Si虚衬底的GeSn光电探测器。