CN110729373A - 基于Ge波导的GeSn红外光电探测器及其制造方法 - Google Patents
基于Ge波导的GeSn红外光电探测器及其制造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110729373A CN110729373A CN201810776256.XA CN201810776256A CN110729373A CN 110729373 A CN110729373 A CN 110729373A CN 201810776256 A CN201810776256 A CN 201810776256A CN 110729373 A CN110729373 A CN 110729373A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- germanium
- waveguide
- type contact
- silicon substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 229910005898 GeSn Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 40
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 97
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 97
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 67
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 66
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 53
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 53
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 53
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 53
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 18
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 20
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims description 19
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 10
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 10
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 claims description 5
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 claims description 5
- 230000008021 deposition Effects 0.000 claims description 4
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 abstract description 21
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 abstract description 5
- 230000005622 photoelectricity Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 2
- 238000005034 decoration Methods 0.000 description 2
- 239000010408 film Substances 0.000 description 2
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 1
- 230000004297 night vision Effects 0.000 description 1
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 1
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 1
- 238000005375 photometry Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/08—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors
- H01L31/10—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof in which radiation controls flow of current through the device, e.g. photoresistors characterised by potential barriers, e.g. phototransistors
- H01L31/101—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation
- H01L31/102—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier
- H01L31/105—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PIN type
- H01L31/1055—Devices sensitive to infrared, visible or ultraviolet radiation characterised by only one potential barrier the potential barrier being of the PIN type the devices comprising amorphous materials of Group IV of the Periodic Table
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/02—Details
- H01L31/0232—Optical elements or arrangements associated with the device
- H01L31/02327—Optical elements or arrangements associated with the device the optical elements being integrated or being directly associated to the device, e.g. back reflectors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
本发明涉及光电技术领域，尤其涉及一种基于Ge波导的GeSn红外光电探测器及其制造方法。所述基于Ge波导的GeSn红外光电探测器，包括硅衬底以及均位于所述硅衬底上的锗波导层和器件结构；所述器件结构，连接所述锗波导层，包括由Ge1‑xSnx材料构成的吸收层，其中，0<x<1；所述锗波导层中的光信号通过倏逝波耦合进入所述器件结构，以被所述吸收层吸收。本发明拓宽了Ge光电探测器的探测波长范围，并使得红外光信号在GeSn光电探测器中的传输距离不再受到吸收层厚度的限制，有效提高了光电探测器的吸收及探测响应度。
Description
技术领域
本发明涉及光电技术领域，尤其涉及一种基于Ge波导的GeSn红外光电探测器及其制造方法。
背景技术
光电探测器用途广泛，涵盖军事和国民经济的各个领域，如在可见光和短波红外波段主要用于射线测量和探测、工业自动控制、光度计量等。
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。为此，现有技术中已经出现了垂直型GeSn红外光电探测器，用以解决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。然而，传统的GeSn红外光电探测器吸收区厚度受GeSn薄膜厚度限制，导致红外光电探测器的吸收效率较低，探测响应度较差。
因此，如何在拓宽Ge光电探测器探测范围的同时，提高GeSn探测器的光吸收及探测效率，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Ge波导的GeSn红外光电探测器及其制造方法，用于解决现有的Ge光电探测器探测范围窄、GeSn探测器光吸收效率易受薄膜厚度限制的问题，以实现探测器在红外光波段的高响应度。
为了解决上述问题，本发明提供了一种基于Ge波导的GeSn红外光电探测器，包括硅衬底以及均位于所述硅衬底上的锗波导层和器件结构；所述器件结构，连接所述锗波导层，包括由Ge1-xSnx材料构成的吸收层，其中，0<x<1；所述锗波导层中的光信号通过倏逝波耦合进入所述器件结构，以被所述吸收层吸收。
优选的，所述器件结构包括沿所述硅衬底的轴向方向依次层叠设置的n-型接触层、吸收层、p-型接触层；所述锗波导层连接所述n-型接触层。
优选的，所述n-型接触层的材料为n-型掺杂的锗，所述p-型接触层的材料为p-型掺杂的锗。
优选的，所述器件结构还包括n-电极和p-电极；所述n-电极位于所述n-型接触层表面，所述p-电极位于所述p-型接触层表面。
优选的，0.065<x<0.25。
为了解决上述问题，本发明还提供了一种基于Ge波导的GeSn红外光电探测器的制造方法，包括如下步骤：
提供一硅衬底；
形成锗波导层于所述硅衬底表面；
形成器件结构于所述硅衬底表面；所述器件结构，连接所述锗波导层，包括由Ge1- xSnx材料构成的吸收层，其中，0<x<1；所述锗波导层中的光信号通过倏逝波耦合进入所述器件结构，以被所述吸收层吸收。
优选的，形成锗波导层于所述硅衬底表面的具体步骤包括：
沉积锗材料于所述硅衬底表面，形成第一锗材料层；
刻蚀所述第一锗材料层，形成所述锗波导层、并定义出与所述锗波导层连接的器件区域。
优选的，形成器件结构于所述硅衬底表面的具体步骤包括：
于所述器件区域的第一锗材料层中注入n-型离子，形成n-型接触层；
采用二氧化硅掩膜于所述n-型接触层表面定义出吸收区域；
选择性沉积Ge1-xSnx材料于所述吸收区域的所述n-型接触层表面，形成吸收层；
选择性沉积锗材料于所述吸收层表面，形成第二锗材料层；
于所述第二锗材料层表面定义出p-型接触区域；
于所述p-型接触区域的第二锗材料层中注入p-型离子，形成p-型接触层。
优选的，形成器件结构于所述硅衬底表面还包括如下步骤：
沉积第一导电材料于所述n-型接触层表面，形成n-电极；
沉积第二导电材料于所述p-型接触层表面，形成p-电极。
优选的，0.065<x<0.25。
本发明提供的基于Ge波导的GeSn红外光电探测器及其制造方法，采用硅衬底上锗波导结构，利用锗波导在2μm-6μm短波红外和中红外波段低损耗特性，并结合Ge1-xSnx材料作为器件结构中的吸收层，拓宽了光电探测器的探测波长范围，并使得红外光信号在光电探测器中的传输距离不再受到吸收层厚度的限制，有效提高了光电探测器的吸收及探测效率，实现了GeSn探测器在红外光波段的高响应度。
附图说明
附图1是本发明第一具体实施方式中基于Ge波导的GeSn红外光电探测器的整体结构示意图；
附图2是本发明第一具体实施方式中器件结构的截面示意图；
附图3是本发明第一具体实施方式中基于Ge波导的GeSn红外光电探测器的制造方法流程图；
附图4A-图4F是本发明第一具体实施方式中基于Ge波导的GeSn红外光电探测器在制造过程中的主要工艺结构图；
附图5是本发明第二具体实施方式中基于Ge波导的GeSn红外光电探测器的整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明提供的基于Ge波导的GeSn红外光电探测器及其制造方法的具体实施方式做详细说明。
第一具体实施方式
本具体实施方式提供了一种基于Ge波导的GeSn红外光电探测器，附图1是本发明具体实施方式中基于Ge波导的GeSn红外光电探测器的整体结构示意图。如图1所示，本具体实施方式提供的基于Ge波导的GeSn红外光电探测器，包括硅衬底10以及均位于所述硅衬底10上的锗波导层11和器件结构。其中，所述锗波导层11可以采用外延生长的方式直接于所述硅衬底10表面生长形成。相较于同为第IV主族的硅波导而言，所述锗波导层11的低损耗波长范围更大，尤其是对于波长在2μm-6μm短波红外和中红外波段，锗材料的吸收系数极低。
附图2是本发明具体实施方式中器件结构的截面示意图。如图1、图2所示，本具体实施方式中的所述器件结构，连接所述锗波导层11，包括由Ge1-xSnx材料构成的吸收层13，其中，0<x<1；所述锗波导层11中的光信号通过倏逝波耦合进入所述器件结构，以被所述吸收层13吸收。
本具体实施方式中，采用Ge1-xSnx材料构成器件结构中的所述吸收层13，避免了锗材料在短波红外乃至中红外波段吸收系数较低的问题，拓宽了Ge光电探测器的探测波长范围；同时，通过调整x的数值，可以实现对所述吸收层13的吸收系数的调整，从而可以根据用户需要制备出具有不同探测效率或者不同响应度的红外光电探测器。而且，本具体实施方式中通过采用波导型光探测器结构，即所述锗波导层11通过倏逝波耦合的方式将光信号传输至所述器件结构，光的传输距离不再受到Ge1-xSnx薄膜厚度的限制，使得所述红外光电探测器具有较高的吸收效率和探测响应度。
为了提高光信号的耦合效率，优选的，所述器件结构包括沿所述硅衬底10的轴向方向依次层叠设置的n-型接触层12、吸收层13、p-型接触层14；所述锗波导层11连接所述n-型接触层12。即所述器件结构沿所述硅衬底10轴向的方向由下至上依次为n-型接触层12、吸收层13、p-型接触层14。更优选的，所述n-型接触层12的材料为n-型掺杂的锗，所述p-型接触层14的材料为p-型掺杂的锗。优选的，所述器件结构还包括n-电极16和p-电极15；所述n-电极16位于所述n-型接触层12表面，所述p-电极15位于所述p-型接触层14表面。在本具体实施方式中，以沿所述硅衬底10的轴向方向由所述硅衬底10指向所述锗波导层11的方向为向上，并以沿所述硅衬底10的轴向方向由所述锗波导层11指向所述硅衬底10的方向为向下。
为了进一步提高对短波红外和中红外波段光的吸收效率，尤其是波长范围在2μm-6μm范围内红外光的吸收效率，优选的，0.065<x<0.25。采用上述结构，一方面，所述锗波导层11对于波长范围在2μm-6μm范围内的光信号的吸收系数极低，避免了光信号在波导传播过程中的损耗；另一方面，当Ge1-xSnx中x的取值范围为0.065<x<0.25时，所述吸收层13对于2μm-6μm波长范围内的光信号具有很高的吸收效率，从而实现对2μm-6μm波长范围内的高探测响应度。
不仅如此，本具体实施方式还提供了一种基于Ge波导的GeSn红外光电探测器的制造方法，附图3是本发明具体实施方式中基于Ge波导的GeSn红外光电探测器的制造方法流程图，附图4A-图4F是本发明具体实施方式中基于Ge波导的GeSn红外光电探测器在制造过程中的主要工艺结构图。如图2、图4A-图4F所示，本具体实施方式提供的基于Ge波导的GeSn红外光电探测器的制造方法，包括如下步骤：
步骤S30，提供一硅衬底10。
步骤S31，形成锗波导层11于所述硅衬底10表面。
为了简化制造工艺，优选的，形成锗波导层11于所述硅衬底10表面的具体步骤包括：
(S31-1)沉积锗材料于所述硅衬底10表面，形成第一锗材料层40，如图4A所示。具体来说，可以分别采用低温、高温两步化学气相沉积的方法于所述硅衬底10表面生长形成所述第一锗材料层40。其中，所述第一锗材料层40的具体厚度，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。在本具体实施方式中，所述第一锗材料层40的厚度优选为1μm-5μm，更优选为2μm。
(S31-2)刻蚀所述第一锗材料层40，形成所述锗波导层11、并定义出与所述锗波导层11连接的器件区域41，如图4B所示。具体来说可以采用光刻及干法刻蚀工艺刻蚀所述第一锗材料层40。其中，所述器件区域41的宽度大于所述锗波导层11，例如所述锗波导层11的宽度为1.8μm、所述器件区域41的宽度为10μm。
步骤S32，形成器件结构于所述硅衬底10表面；所述器件结构，连接所述锗波导层11，包括由Ge1-xSnx材料构成的吸收层13，其中，0<x<1；所述锗波导层11中的光信号通过倏逝波耦合进入所述器件结构，以被所述吸收层13吸收。
具体来说，形成器件结构于所述硅衬底表面的具体步骤包括：
(S32-1-1)于所述器件区域41的第一锗材料层40中注入n-型离子，形成n-型接触层12，如图4C所示。其中，所述n-型离子的种类以及掺杂浓度，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如根据对所述红外光电探测器探测性能的要求进行选择。
(S32-1-2)采用二氧化硅掩膜于所述n-型接触层12表面定义出吸收区域。具体来说，通过在所述硅衬底10表面沉积二氧化硅材料形成掩膜层，使得所述掩膜层覆盖所述锗波导层11与所述n-型接触层12，然后对所述掩膜层进行刻蚀形成一窗口，暴露出部分所述n-型接触层12，该窗口所对应的区域即为吸收区域。
(S32-1-3)选择性沉积Ge1-xSnx材料于所述吸收区域的所述n-型接触层12表面，形成吸收层13，如图4D所示。具体来说，可以采用化学气相沉积(Chemical VaporDeposition，CVD)工艺选择性的外延生长Ge1-xSnx材料，以形成所述吸收层13。其中，所述吸收层13的厚度优选为50nm-200nm，更优选为100nm。
(S32-1-4)选择性沉积锗材料于所述吸收层表面，形成第二锗材料层。具体来说，也可以采用化学气相沉积工艺于所述吸收层13表面选择性外延生长形成所述第二锗材料层。所述第二锗材料层的厚度优选为100nm。
(S32-1-5)于所述第二锗材料层表面定义出p-型接触区域。具体来说，采用光刻工艺在所述第二锗材料层表面定义出p-型接触区域。
(S32-1-6)于所述p-型接触区域的第二锗材料层中注入p-型离子，形成p-型接触层14，如图4E所示。其中，所述p-型离子的种类以及掺杂浓度，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择，例如根据对所述红外光电探测器探测性能的要求进行选择。
优选的，形成器件结构于所述硅衬底表面还包括如下步骤：
(S32-1-7)沉积第一导电材料于所述n-型接触层表面，形成n-电极16；
(S32-1-8)沉积第二导电材料于所述p-型接触层表面，形成p-电极15。其中，所述第一导电材料以及所述第二导电材料的具体类型，本领域技术人员可以根据实际需要进行选择。步骤(S32-1-7)与步骤(S32-1-8)可以同步进行；也可以先进行步骤(S32-1-7)或(S32-1-8)，后进行步骤(S32-1-8)或(S32-1-7)。
为了进一步提高对短波红外和中红外波段光的吸收效率，尤其是波长范围在2μm-6μm范围内红外光的吸收效率，优选的，0.065<x<0.25。采用上述结构，一方面，所述锗波导层11对于波长范围在2μm-6μm范围内的光信号的吸收系数极低，避免了光信号在波导传播过程中的损耗；另一方面，当Ge1-xSnx中x的取值范围为0.065<x<0.25时，所述吸收层13对于2μm-6μm波长范围内的光信号具有很高的吸收效率，从而实现对2μm-6μm波长范围内的高探测响应度。
本具体实施方式提供的基于Ge波导的GeSn红外光电探测器及其制造方法，采用硅衬底上锗波导结构，并结合Ge1-xSnx材料作为器件结构中的吸收层，拓宽了光电探测器的探测波长范围，并使得红外光信号在光电探测器中的传输距离不再受到吸收层厚度的限制，有效提高了光电探测器的吸收及探测效率，实现了GeSn探测器在红外光波段的高响应度。
第二具体实施方式
本具体实施方式提供了一种基于Ge波导的GeSn红外光电探测器，附图5是本发明第二具体实施方式中基于Ge波导的GeSn红外光电探测器的整体结构示意图。对于与第一具体实施方式相同之处，本具体实施方式不再赘述，以下主要叙述与第一具体实施方式不同之处。
如图5所示，本具体实施方式提供的基于Ge波导的GeSn红外光电探测器，包括硅衬底50以及均位于所述硅衬底50上的锗波导层51和器件结构；所述器件结构，连接所述锗波导层51，包括由Ge1-xSnx材料构成的吸收层53，其中，0<x<1；所述锗波导层51中的光信号通过倏逝波耦合进入所述器件结构，以被所述吸收层53吸收。
为了提高光信号的耦合效率，优选的，所述器件结构包括沿所述衬底50的轴向方向依次层叠设置的p-型接触层52、吸收层53、n-型接触层54；所述锗波导层51连接所述p-型接触层52。即所述器件结构沿所述硅衬底10轴向的方向由下至上依次为p-型接触层52、吸收层53、n-型接触层54。所述n-型接触层54的材料为n-型掺杂的锗，所述p-型接触层52的材料为p型掺杂的锗。所述器件结构还包括n-电极55和p-电极56；所述n-电极55位于所述n-型接触层54表面，所述p-电极56位于所述p-型接触层52表面。在本具体实施方式中，以沿所述硅衬底50的轴向方向由所述硅衬底50指向所述锗波导层51的方向为向上，并以沿所述硅衬底50的轴向方向由所述锗波导层51指向所述硅衬底50的方向为向下。
本具体实施方式还提供了一种基于Ge波导的GeSn红外光电探测器的制造方法。其中，形成器件结构于所述硅衬底表面的具体步骤包括：
(S32-2-1)于所述器件区域的第一锗材料层中注入p-型离子，形成p-型接触层52；
(S32-2-2)采用二氧化硅掩膜于所述p-型接触层52表面定义出吸收区域；
(S32-2-3)选择性沉积Ge1-xSnx材料于所述吸收区域的所述p-型接触层52表面，形成吸收层53；
(S32-2-4)选择性沉积锗材料于所述吸收层53表面，形成第二锗材料层；
(S32-2-5)于所述第二锗材料层表面定义出n-型接触区域；
(S32-2-6)于所述n-型接触区域的第二锗材料层中注入n-型离子，形成n-型接触层54；
(S32-2-7)沉积第一导电材料于所述p-型接触层表面，形成p-电极56；
(S32-1-8)沉积第二导电材料于所述n-型接触层表面，形成n-电极55。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于Ge波导的GeSn红外光电探测器，其特征在于，包括硅衬底以及均位于所述硅衬底上的锗波导层和器件结构；所述器件结构，连接所述锗波导层，包括由Ge1-xSnx材料构成的吸收层，其中，0<x<1；所述锗波导层中的光信号通过倏逝波耦合进入所述器件结构，以被所述吸收层吸收。
2.根据权利要求1所述的基于Ge波导的GeSn红外光电探测器，其特征在于，所述器件结构包括沿所述硅衬底的轴向方向依次层叠设置的n-型接触层、吸收层、p-型接触层；所述锗波导层连接所述n-型接触层。
3.根据权利要求2所述的基于Ge波导的GeSn红外光电探测器，其特征在于，所述n-型接触层的材料为n-型掺杂的锗，所述p-型接触层的材料为p-型掺杂的锗。
4.根据权利要求3所述的基于Ge波导的GeSn红外光电探测器，其特征在于，所述器件结构还包括n-电极和p-电极；所述n-电极位于所述n-型接触层表面，所述p-电极位于所述p-型接触层表面。
5.根据权利要求1所述的基于Ge波导的GeSn红外光电探测器，其特征在于，0.065<x<0.25。
6.一种基于Ge波导的GeSn红外光电探测器的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
提供一硅衬底；
形成锗波导层于所述硅衬底表面；
形成器件结构于所述硅衬底表面；所述器件结构，连接所述锗波导层，包括由Ge1-xSnx材料构成的吸收层，其中，0<x<1；所述锗波导层中的光信号通过倏逝波耦合进入所述器件结构，以被所述吸收层吸收。
7.根据权利要求6所述的基于Ge波导的GeSn红外光电探测器的制造方法，其特征在于，形成锗波导层于所述硅衬底表面的具体步骤包括：
沉积锗材料于所述硅衬底表面，形成第一锗材料层；
刻蚀所述第一锗材料层，形成所述锗波导层、并定义出与所述锗波导层连接的器件区域。
8.根据权利要求7所述的基于Ge波导的GeSn红外光电探测器的制造方法，其特征在于，形成器件结构于所述硅衬底表面的具体步骤包括：
于所述器件区域的第一锗材料层中注入n-型离子，形成n-型接触层；
采用二氧化硅掩膜于所述n-型接触层表面定义出吸收区域；
选择性沉积Ge1-xSnx材料于所述吸收区域的所述n-型接触层表面，形成吸收层；
选择性沉积锗材料于所述吸收层表面，形成第二锗材料层；
于所述第二锗材料层表面定义出p-型接触区域；
于所述p-型接触区域的第二锗材料层中注入p-型离子，形成p-型接触层。
9.根据权利要求8所述的基于Ge波导的GeSn红外光电探测器的制造方法，其特征在于，形成器件结构于所述硅衬底表面还包括如下步骤：
沉积第一导电材料于所述n-型接触层表面，形成n-电极；
沉积第二导电材料于所述p-型接触层表面，形成p-电极。
10.根据权利要求6所述的基于Ge波导的GeSn红外光电探测器的制造方法，其特征在于，0.065<x<0.25。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810776256.XA CN110729373B (zh) | 2018-07-16 | 2018-07-16 | 基于Ge波导的GeSn红外光电探测器及其制造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201810776256.XA CN110729373B (zh) | 2018-07-16 | 2018-07-16 | 基于Ge波导的GeSn红外光电探测器及其制造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110729373A true CN110729373A (zh) | 2020-01-24 |
| CN110729373B CN110729373B (zh) | 2022-04-12 |
Family
ID=69217287
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201810776256.XA Active CN110729373B (zh) | 2018-07-16 | 2018-07-16 | 基于Ge波导的GeSn红外光电探测器及其制造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110729373B (zh) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112285826A (zh) * | 2020-11-10 | 2021-01-29 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种硅基多模光接收器件及其制备方法 |
| CN113097335A (zh) * | 2021-03-04 | 2021-07-09 | 西安电子科技大学 | 波导耦合等离增强型Ge基红外光电探测器及其制备方法 |
| CN113804291A (zh) * | 2020-06-15 | 2021-12-17 | 格芯(美国)集成电路科技有限公司 | 耦合至一个或多个光电检测器的多个波导 |
| WO2022021724A1 (zh) * | 2020-07-30 | 2022-02-03 | 武汉光谷信息光电子创新中心有限公司 | 一种具有谐振波导结构的光电探测器 |
| WO2023284328A1 (zh) * | 2021-07-15 | 2023-01-19 | 上海新微技术研发中心有限公司 | 光电探测器及其制造方法 |
| CN117239002A (zh) * | 2023-11-14 | 2023-12-15 | 无锡芯光互连技术研究院有限公司 | 垂直型锗硅光电探测器及其制备方法 |
| CN113804291B (zh) * | 2020-06-15 | 2024-05-28 | 格芯(美国)集成电路科技有限公司 | 耦合至一个或多个光电检测器的多个波导 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103646997A (zh) * | 2013-12-13 | 2014-03-19 | 中国电子科技集团公司第四十四研究所 | 倏逝波耦合型高速高功率光电探测器的制作方法 |
| CN105514209A (zh) * | 2015-12-17 | 2016-04-20 | 西安电子科技大学 | 基于GeSn红外探测器的红外夜视仪 |
| CN105789347A (zh) * | 2016-03-02 | 2016-07-20 | 西安电子科技大学 | 基于GeSn-GeSi材料的异质型光电晶体管及其制作方法 |
| CN107871800A (zh) * | 2017-02-24 | 2018-04-03 | 乔丽萍 | n+‑GeSn/i‑GeSn/p+‑Ge结构光电探测器及其制备方法 |
| CN108010982A (zh) * | 2017-12-01 | 2018-05-08 | 北京工业大学 | 波导复合式耦合型单行载流子探测器 |
-
2018
- 2018-07-16 CN CN201810776256.XA patent/CN110729373B/zh active Active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103646997A (zh) * | 2013-12-13 | 2014-03-19 | 中国电子科技集团公司第四十四研究所 | 倏逝波耦合型高速高功率光电探测器的制作方法 |
| CN105514209A (zh) * | 2015-12-17 | 2016-04-20 | 西安电子科技大学 | 基于GeSn红外探测器的红外夜视仪 |
| CN105789347A (zh) * | 2016-03-02 | 2016-07-20 | 西安电子科技大学 | 基于GeSn-GeSi材料的异质型光电晶体管及其制作方法 |
| CN107871800A (zh) * | 2017-02-24 | 2018-04-03 | 乔丽萍 | n+‑GeSn/i‑GeSn/p+‑Ge结构光电探测器及其制备方法 |
| CN108010982A (zh) * | 2017-12-01 | 2018-05-08 | 北京工业大学 | 波导复合式耦合型单行载流子探测器 |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113804291A (zh) * | 2020-06-15 | 2021-12-17 | 格芯(美国)集成电路科技有限公司 | 耦合至一个或多个光电检测器的多个波导 |
| CN113804291B (zh) * | 2020-06-15 | 2024-05-28 | 格芯(美国)集成电路科技有限公司 | 耦合至一个或多个光电检测器的多个波导 |
| WO2022021724A1 (zh) * | 2020-07-30 | 2022-02-03 | 武汉光谷信息光电子创新中心有限公司 | 一种具有谐振波导结构的光电探测器 |
| CN112285826A (zh) * | 2020-11-10 | 2021-01-29 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种硅基多模光接收器件及其制备方法 |
| CN112285826B (zh) * | 2020-11-10 | 2021-12-24 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 一种硅基多模光接收器件及其制备方法 |
| CN113097335A (zh) * | 2021-03-04 | 2021-07-09 | 西安电子科技大学 | 波导耦合等离增强型Ge基红外光电探测器及其制备方法 |
| CN113097335B (zh) * | 2021-03-04 | 2023-02-10 | 西安电子科技大学 | 波导耦合等离增强型Ge基红外光电探测器及其制备方法 |
| WO2023284328A1 (zh) * | 2021-07-15 | 2023-01-19 | 上海新微技术研发中心有限公司 | 光电探测器及其制造方法 |
| CN117239002A (zh) * | 2023-11-14 | 2023-12-15 | 无锡芯光互连技术研究院有限公司 | 垂直型锗硅光电探测器及其制备方法 |
| CN117239002B (zh) * | 2023-11-14 | 2024-01-26 | 无锡芯光互连技术研究院有限公司 | 垂直型锗硅光电探测器及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110729373B (zh) | 2022-04-12 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110729373B (zh) | 基于Ge波导的GeSn红外光电探测器及其制造方法 | |
| EP2888619B1 (en) | Method and apparatus for reducing signal loss in a photo detector | |
| US8558336B2 (en) | Semiconductor photodetector structure and the fabrication method thereof | |
| US10901150B2 (en) | Metal contact free photodetector with sidewall doping | |
| CN111834486B (zh) | 波导型GePb红外光电探测器及其制造方法 | |
| CN108010982B (zh) | 波导复合式耦合型单行载流子探测器 | |
| WO2020103395A1 (zh) | 一种波导型光电探测器及其制造方法 | |
| CN110896112B (zh) | 波导集成的GeSn光电探测器及其制造方法 | |
| CN210040212U (zh) | 基于光子晶体的波导型锗光电探测器 | |
| WO2020103396A1 (zh) | 一种波导型光电探测器及其制造方法 | |
| CN210136887U (zh) | 一种波导型光电探测器 | |
| US10942315B2 (en) | Reducing back reflection in a photodiode | |
| CN210006746U (zh) | 波导型锗基光电探测器 | |
| CN108039389B (zh) | 波导耦合型单行载流子探测器 | |
| CN112201723A (zh) | 一种波导型光电探测器及其制备方法 | |
| KR20120069127A (ko) | 아발란치 포토다이오드의 제조방법 | |
| KR100624415B1 (ko) | 광디바이스 및 그 제조방법 | |
| WO2021022576A1 (zh) | 基于光子晶体的波导型锗光电探测器及制备方法 | |
| CN112366235A (zh) | 波导型锗基光电探测器及其制备方法 | |
| CN110767766B (zh) | 应变平衡GeSn红外光电探测器及其制造方法 | |
| WO2018189666A1 (en) | Rapid melt growth photodetector | |
| US20190019902A1 (en) | Silicon waveguide integrated with germanium pin photodetector | |
| CN111755553B (zh) | 铅掺杂型锗红外光电探测器及其形成方法 | |
| CN113793879B (zh) | 一种吸收增强型硅基光电探测器及其制备方法 | |
| CN117476800B (zh) | 硅基光电探测器及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |