CN113937173A - 光栅耦合型Ge系近红外波导探测器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种光栅耦合型Ge系近红外波导探测器及其制备方法，通过生长Si层和SiO2层，使得Si层与SiO2层构成布拉格反射镜结构提高耦合效率，在P型Si材料层刻蚀形成的聚焦型非均匀光栅结构，在P型Si材料层与GeSn合金材料之间生长一层较薄的掺杂浓度低于P型Si材料层Ge材料缓冲层，降低晶格失配的影响以及减少俄歇复合产生的光损耗，生成的本征Ge0.94Sn0.06材料层可以减少光吸收层的长度并且可以将光探测范围扩展到更长。因此本发明的光栅耦合型Ge系近红外波导探测器不仅可以解决传统探测器耦合效率低、光响应低等问题还可以满足近红外光谱探测，具有高速、高响应及易与硅基集成的特点，具有较高的光电转换效率和光稳定性。
Description
技术领域
本发明属于半导体光电子技术领域，具体涉及一种光栅耦合型Ge系近 红外波导探测器及其制备方法。
背景技术
光电探测器是Si基光电有源器件之一，在很多应用领域中都是关键模块， 根据不同材料对不同波段的吸收特性，器件可以实现从紫外、可见到红外光 的探测。其中，在1100～2500nm波段的近红外光电探测器相比可见光具有更 强的穿透大气中浓雾和大量沙尘的能力，相比于中红外与远红外可以低损 耗实现无背景物体的分辨，在生物传感与模式识别、夜视成像、大气遥感、 光纤通信、片上光互连等领域都有应用。
现有的光电探测器的关注点主要集中于单个器件性能的提高上，如波 段、响应度、转换效率、暗电流和带宽等。
在不同的光波段方面，2012年，现有技术研究了一种基于Si衬底生长的 Ge/GeSn多量子阱光电导探测器，光探测范围0.75～2.4μm，-5V偏置下2.2 μm的响应度为0.1A/W，表明了GeSn/Ge异质结可以用于发展短波红外应用 的波导集成型探测器。2017年，现有技术研究了一种GeSn/Ge MQW波导 探测器。利用赝晶生长的GeSn/Ge多量子阱结构代替纯GeSn薄膜作为吸 收层，GeSn阱的厚度10nm，势垒层Ge的厚度15nm，Sn组分2.8％， 同比纯GeSn有源吸收层的探测器相比，暗电流密度能有效减小，并且响 应谱扩展到U波段。
在提高响应度和转换效率方面，2014年，现有技术研究了一种GeSn PiN 波导探测器，器件整体基于Si称底，利用分子束外延技术(Molecular Beam Epitaxy,MBE)两步法生长高质量薄Ge虚拟衬底，随后温度降到150℃用于 GeSn的生长。GeSn的厚度为300nm，Sn组分测量结果为1.78％，与相同结构 参数的Ge探测器相比，GeSn探测器在测量的光探测范围内具有更高的响应 度。2019年，现有技术研究了一种基于SOI利用RMG技术制备的Ge/Ge/Si横 向配置的PiN结构波导探测器。这种结构通过对SOI台面刻蚀到Si层，然后利 用磁控溅射法在Si衬底上形成Ge台面。对这种结构的器件表征显示采用硅 基集成电路制造工艺可以制备出高质量的Ge台面，具有较高的光电转换效 率和响应度。
在降低暗电流方面，2015年现有技术研究了一种GeSn MSM光电探测器， 该器件采用对接耦合配置，在SOI波导上用快速熔融生长法制备。GeSn的厚 度为260nm，长度为3μm，Sn的组分约为2％。与纯Ge器件相比，在长波 长下表现出更大的光响应。-5.4V偏压下，带宽为6.2GHz，暗电流为37μ A。2016年，现有技术研究了一种采用45nm SOI工艺制备了具有微环谐振 增强作用的GeSi波导耦合型探测器，5μm微环半径实现波长为1176.9nm 的光探测，响应度0.55A/W，-4V偏压下带宽为5GHz，暗电流小于20pA。
在提高带宽方面，2016年，现有技术研究了一种160nm超薄Ge波导探 测器，光从220nm厚、450nm宽的单模Si波导耦合到SOI波导上的Ge，并使 用Si锥形波导和120nm厚的多晶Si锥增强光吸收。-1V偏压下，1550nm处响 应度为0.93A/W，暗电流小于4nA，带宽为67GHz。2017年，现有技术研究 了一种倏逝耦合结构Ge探测器，并在Si波导末端制备布拉格反射镜，使光能 通过布拉格反射镜反射形成二次吸收。器件长度5μm在1550光照下的响应度为0.72A/W，暗电流仅7nA，带宽为31.7GHz。
现有技术对于光探测器研究的关注点主要集中于单个器件性能的提高 上，但对于波导探测器来说，光源从光纤出射到波导，经过波导的传播到最 终入射到Ge探测器，整个过程存在很大的传播损失。
现有技术在面向Si基光电集成应用时不能有效的减小这部分传播损失， 使得波导到探测器的耦合效率较低。并且GeSn合金材料有源层近红外低吸 收和高表面复合导致光电探测器的光电探测效率低、暗电流过大、带宽较窄 和响应速度较慢等问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种光栅耦合型 Ge系近红外波导探测器及其制备方法。本发明要解决的技术问题通过以下 技术方案实现：
第一方面，本发明提供的一种光栅耦合型Ge系近红外波导探测器包括：
自上而下依次设置的Si衬底、构成布拉格反射镜结构的Si层和SiO2层、 SiO2材料层以及P型Si材料层；
在所述P型Si材料层上的刻蚀区域刻蚀的聚焦型非均匀光栅结构；
其中，所述聚焦型非均匀光栅结构呈扇环形状，在聚焦型非均匀光栅结 构中光栅从扇环内环至外环逐渐稀疏，扇环内环与未刻蚀区域连接处呈现 圆筒形状；
在所述P型Si材料层上的未刻蚀区域自下而上依次设置的P型Ge材料层、 本征Ge层、本征Ge0.94Sn0.06材料层以及N型Ge0.94Sn0.06合金材料层；
在所述N型Ge0.94Sn0.06合金材料层、所述N型Ge0.94Sn0.06合金材料层两侧 位于所述P型Si材料层上淀积的金属电极。
其中，构成布拉格反射镜结构的Si层和SiO2层的厚度分别为268nm和 111nm；
所述SiO2材料层的厚度为3um，所述P型Ge材料层的厚度为50nm，本征 Ge层的厚度为100nm，所述本征Ge0.94Sn0.06材料层的厚度为300nm，所述N型 Ge0.94Sn0.06合金材料层的厚度为50nm。
第二方面，本发明提供的一种光栅耦合型Ge系近红外波导探测器的制 备方法包括：
步骤1：获取Si衬底；
步骤2：在所述Si衬底采用PECVD技术生长Si层和SiO2层，使得Si层与 SiO2层构成布拉格反射镜结构；
步骤3：在生长出的Si层上生长一层厚度为3um的SiO2材料层；
步骤4：使用低温MBE技术在所述SiO2材料层上生长P型Si材料层；
步骤5：使用氮化硅(Si3N4)作为掩膜版，在所述P型Si材料层上确定光 刻区域；
步骤6：在所述光刻区域刻蚀形成聚焦型非均匀光栅结构；
其中，所述聚焦型非均匀光栅结构呈扇环形状，在聚焦型非均匀光栅结 构中光栅从扇环内环至外环逐渐稀疏，扇环内环与未刻蚀区域连接处呈现 圆筒形状；
步骤7：刻蚀掉作为掩膜版的Si3N4氮化硅；
步骤8：使用低温MBE技术在未刻蚀区域生长厚度为50nm的P型Ge材料 层；
其中，所述P型Ge材料层的掺杂浓度略低于生长所述P型Si材料层的掺 杂浓度；
步骤9：在所述P型Ge材料层使用低温MBE生长厚度为100nm的本征Ge 层；
步骤10：在所述本征Ge层生长厚度为300nm的本征Ge0.94Sn0.06材料层；
步骤11：在所述本征Ge0.94Sn0.06材料层使用低温MBE技术生长厚度为 50nm的N型Ge0.94Sn0.06合金材料层；
步骤12：在所述N型Ge0.94Sn0.06合金材料层、所述N型Ge0.94Sn0.06合金材 料层两侧位于所述P型Si材料层上淀积金属电极，获得光栅耦合型Ge系近红 外波导探测器。
其中，所述Si层的厚度为268nm，所述SiO2层的厚度为111nm。
其中，所述步骤4包括：
使用低温MBE技术在所述SiO2材料层，生长厚度为340nm，掺杂浓度为 1×1019cm-3的P型Si材料层。
其中，所述P型Si材料层的生长温度为200℃，P型Ge材料层的生长温度 为330℃，所述本征Ge层的生长温度为200℃，所述本征Ge0.94Sn0.06层的生长 温度为85℃，所述N型Ge0.94Sn0.06层的生长温度为85℃。
其中，所述P型Ge材料层的生长的掺杂浓度为1×1018cm-3，所述P型 Si材料层生长的掺杂浓度为1×1019cm-3。
本发明提供的一种光栅耦合型Ge系近红外波导探测器及其制备方法， 通过生长Si层和SiO2层，使得Si层与SiO2层构成布拉格反射镜结构提高耦合 效率，在P型Si材料层刻蚀形成的聚焦型非均匀光栅结构，在P型Si材料层与 GeSn合金材料之间生长一层较薄的掺杂浓度低于P型Si材料层Ge材料缓冲 层，降低晶格失配的影响以及减少俄歇复合产生的光损耗，生成的本征 Ge0.94Sn0.06材料层可以减少光吸收层的长度并且可以将光探测范围扩展到 更长。因此本发明不仅可以解决传统探测器耦合效率低、光响应低等问题还 可以满足近红外光谱探测，具有高速、高响应及易与硅基集成的特点，具有 较高的光电转换效率和光稳定性。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种光栅耦合型Ge系近红外波导探测器 的立体示意图；
图2是本发明实施例提供的一种光栅耦合型Ge系近红外波导探测器 的制备方法的流程示意图；
图3是本发明实施例提供的生长Si层和SiO2层后形成生长Si层和SiO2层的示意图；
图4是本发明实施例提供的生长完SiO2材料层形成结构的结构图；
图5是本发明实施例提供的刻蚀形成聚焦型非均匀光栅结构的示意图；
图6是本发明实施例提供的生长P型Ge材料层后形成的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的生长本征Ge层后形成的结构示意图；
图8是本发明实施例提供的生长本征Ge0.94Sn0.06材料层后形成的结构 示意图；
图9是本发明实施例提供的生长N型Ge0.94Sn0.06合金材料层后所形成 的结构；
图10是本发明实施例提供的淀积金属电极后所形成的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施 方式不限于此。
如图1所示，本发明的一种光栅耦合型Ge系近红外波导探测器包括：
自上而下依次设置的Si衬底、构成布拉格反射镜结构的Si层和SiO2层、 SiO2材料层以及P型Si材料层；
在P型Si材料层上的刻蚀区域刻蚀的聚焦型非均匀光栅结构；
其中，聚焦型非均匀光栅结构呈扇环形状，在聚焦型非均匀光栅结构中 光栅从扇环内环至外环逐渐稀疏，扇环内环与未刻蚀区域连接处呈现圆筒 形状；
在P型Si材料层上的未刻蚀区域自下而上依次设置的P型Ge材料层、本 征Ge层、本征Ge0.94Sn0.06材料层以及N型Ge0.94Sn0.06合金材料层；
在N型Ge0.94Sn0.06合金材料层、N型Ge0.94Sn0.06合金材料层两侧位于P型Si 材料层上淀积的金属电极。
其中，构成布拉格反射镜结构的Si层和SiO2层的厚度分别为268nm和 111nm；SiO2材料层的厚度为3um，P型Ge材料层的厚度为50nm，本征Ge层 的厚度为100nm，本征Ge0.94Sn0.06材料层的厚度为300nm，N型Ge0.94Sn0.06合 金材料层的厚度为50nm。
本发明提供的一种光栅耦合型Ge系近红外波导探测器，其Si层与SiO2 层构成布拉格反射镜结构提高耦合效率，在P型Si材料层刻蚀形成的聚焦型 非均匀光栅结构，在P型Si材料层与GeSn合金材料之间生长有一层较薄的掺 杂浓度低于P型Si材料层Ge材料缓冲层，降低晶格失配的影响以及减少俄歇 复合产生的光损耗，本征Ge0.94Sn0.06材料层可以减少光吸收层的长度并且可 以将光探测范围扩展到更长。因此本发明的光栅耦合型Ge系近红外波导探 测器不仅可以解决传统探测器耦合效率低、光响应低等问题还可以满足近 红外光谱探测，具有高速、高响应及易与硅基集成的特点，具有较高的光电 转换效率和光稳定性。
如图2所示，本发明提供的一种光栅耦合型Ge系近红外波导探测器的制 备方法包括：
步骤1：获取Si衬底；
步骤2：在Si衬底采用PECVD技术生长Si层和SiO2层，使得Si层与SiO2 层构成布拉格反射镜结构；
如图3所示，Si层的厚度为268nm，SiO2层的厚度为111nm。在图3中， 图3中(a)为步骤2完成后的结构x-z方向的剖面图；图3中(b)为步骤2完 成后的结构x-y方向的俯视图。Si与SiO2层构成布拉格反射镜结构，可以极 大地提高耦合效率。
步骤3：在生长出的Si层上生长一层厚度为3um的SiO2材料层；
如图4所示，图4为生长完SiO2材料层形成结构的结构图，图4中(a)为 生长完SiO2材料层形成结构x-z方向剖面图；图4中(b)为x-y方向俯视图。
步骤4：使用低温MBE技术在SiO2材料层上生长P型Si材料层；
本发明在步骤3所得结构上用低温MBE技术生长厚度为340nm掺杂浓 度为1×1019cm-3的P型Si材料层，生长温度为200℃。
步骤5：使用氮化硅(Si3N4)作为掩膜版，在P型Si材料层上确定光刻区 域；
参考图4，本步骤可以利用氮化硅(Si3N4)作为掩膜版来确定光刻区域， 采用电感耦合的等离子体/反应离子刻蚀(PE/RIE)的方法形成聚焦型非均 匀光栅结构,然后再刻蚀掉作为掩膜版的氮化硅(Si3N4)，如图5所示。
步骤6：在光刻区域刻蚀形成聚焦型非均匀光栅结构；
其中，聚焦型非均匀光栅结构呈扇环形状，在聚焦型非均匀光栅结构中 光栅从扇环内环至外环逐渐稀疏，扇环内环与未刻蚀区域连接处呈现圆筒 形状；
本步骤可以采用电感耦合的等离子体/反应离子刻蚀(PE/RIE)的方法 刻蚀形成聚焦型非均匀光栅结构。
参考图5，图5中(a)为刻蚀后形成的聚焦型非均匀光栅结构在x-z方向 的剖面图，图5中(b)为刻蚀后形成的聚焦型非均匀光栅结构在x-y方向俯 视图。在图5中(b)中，刻蚀形成的聚焦型非均匀光栅结构的俯视图呈现扇 环形状，光栅从扇环内环至外环逐渐稀疏。右侧方框为未刻蚀区域，扇环内 环与未刻蚀区域连接处俯视图呈现圆筒形状，无缝对接。
步骤7：刻蚀掉作为掩膜版的Si3N4氮化硅；
步骤8：使用低温MBE技术在未刻蚀区域生长厚度为50nm的P型Ge材料 层；
其中，P型Ge材料层的掺杂浓度略低于生长P型Si材料层的掺杂浓度；P 型Ge材料层的生长的掺杂浓度为1×1018cm-3，P型Si材料层生长的掺杂浓度 为1×1019cm-3。
如图6所示，图6为生长P型Ge材料层后形成的结构示意图，图6中(a) 为生长P型Ge材料层后形成的结构在x-z方向的剖面图，图6中(b)为生长P 型Ge材料层后形成的结构在x-y方向俯视图。在图6中P型Ge材料层位于未刻 蚀区域中间，且面积小于未刻蚀区域。未刻蚀区域与刻蚀区域不重叠，分别 器件的位于两侧。
值得说明的是：GeSn合金材料与Si材料存在较大的晶格常数差，直接在 Si材料波导层上外延生长GeSn合金材料会在两者之间界面产生较大的晶格 缺陷，因此先在Si材料与GeSn合金材料之间生长一层较薄的Ge材料缓冲层， 降低晶格失配的影响，且它的掺杂浓度略低于步骤c的Si材料，以减少俄歇 复合产生的光损耗。
步骤9：在P型Ge材料层使用低温MBE生长厚度为100nm的本征Ge层；
如图7所示，图7为生长本征Ge层后形成的结构示意图，图7中(a)为生 长本征Ge层后形成的结构在x-z方向的剖面图，图7中(b)为生长本征Ge层 后形成的结构在x-y方向俯视图。在图7中，生成的本征Ge层与P型Ge材料层 面积相同。
步骤10：在本征Ge层生长厚度为300nm的本征Ge0.94Sn0.06材料层；
值得说明的是：Ge0.94Sn0.06合金材料作为光吸收材料可以大大减小光吸 收层的长度并且可以将光探测范围扩展到更长。
如图8所示，图8为生长本征Ge0.94Sn0.06材料层后形成的结构示意图，图 8中(a)为生长本征Ge0.94Sn0.06材料层后形成的结构在x-z方向的剖面图，图 8中(b)为生长本征Ge0.94Sn0.06材料层后形成的结构在x-y方向俯视图。
步骤11：在所述本征Ge0.94Sn0.06材料层使用低温MBE技术生长厚度为 50nm的N型Ge0.94Sn0.06合金材料层；
参考图9，图9为生长N型Ge0.94Sn0.06合金材料层后所形成的结构，图9中 (a)为生长N型Ge0.94Sn0.06合金材料层后形成的结构在x-z方向的剖面图，图 9中(b)为生长N型Ge0.94Sn0.06合金材料层后形成的结构在x-y方向俯视图。
值得说明的是：N型Ge0.94Sn0.06合金材料层作为探测器pin结构的n区，提 供大量的注入电子。采用超低温生长工艺防止Sn的偏析，最终得到GeSn合 金材料层的组分为Ge0.94Sn0.06。
步骤12：在N型Ge0.94Sn0.06合金材料层、N型Ge0.94Sn0.06合金材料层两侧 位于P型Si材料层上淀积金属电极，获得光栅耦合型Ge系近红外波导探测器。
其中，P型Si材料层的生长温度为200℃，P型Ge材料层的生长温度为 330℃，本征Ge层的生长温度为200℃，本征Ge0.94Sn0.06层的生长温度为85℃， N型Ge0.94Sn0.06层的生长温度为85℃。
如图10所示，图10为淀积金属电极后所形成的结构，图10中(a)为淀 积金属电极后形成的结构在y-z方向的剖面图，图10中(b)为淀积金属电极 后形成的结构在x-y方向俯视图。从y-z方向看，金属电极分别位于N型 Ge0.94Sn0.06合金材料层上以及位于P型Si材料层上，且位置在N型Ge0.94Sn0.06合金材料层两侧的位置。
本发明提供的一种光栅耦合型Ge系近红外波导探测器的制备方法，通 过生长Si层和SiO2层，使得Si层与SiO2层构成布拉格反射镜结构提高耦 合效率，在P型Si材料层刻蚀形成的聚焦型非均匀光栅结构，在P型Si材 料层与GeSn合金材料之间生长一层较薄的掺杂浓度低于P型Si材料层Ge 材料缓冲层，降低晶格失配的影响以及减少俄歇复合产生的光损耗，生成的 本征Ge0.94Sn0.06材料层可以减少光吸收层的长度并且可以将光探测范围扩展到更长。因此本发明的光栅耦合型Ge系近红外波导探测器不仅可以解决 传统探测器耦合效率低、光响应低等问题还可以满足近红外光谱探测，具有 高速、高响应及易与硅基集成的特点，具有较高的光电转换效率和光稳定性。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、 “长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、 “右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时 针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置 关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置 或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对 本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或 暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第 一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在 本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的 限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、 “连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以 是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接 相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元 件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理 解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上” 或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征 不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二 特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上 方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之 下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示 例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或 示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实 施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一 个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以 将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述，然而，在实施所要求保护 的本申请过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附 权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在权利要求中， “包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个” 不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若 干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明， 不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域 的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单 推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种光栅耦合型Ge系近红外波导探测器，其特征在于，包括：
自上而下依次设置的Si衬底、构成布拉格反射镜结构的Si层和SiO2层、SiO2材料层以及P型Si材料层；
在所述P型Si材料层上的刻蚀区域刻蚀的聚焦型非均匀光栅结构；
其中，所述聚焦型非均匀光栅结构呈扇环形状，在聚焦型非均匀光栅结构中光栅从扇环内环至外环逐渐稀疏，扇环内环与未刻蚀区域连接处呈现圆筒形状；
在所述P型Si材料层上的未刻蚀区域自下而上依次设置的P型Ge材料层、本征Ge层、本征Ge0.94Sn0.06材料层以及N型Ge0.94Sn0.06合金材料层；
在所述N型Ge0.94Sn0.06合金材料层、所述N型Ge0.94Sn0.06合金材料层两侧位于所述P型Si材料层上淀积的金属电极。
2.根据权利要求1所述的光栅耦合型Ge系近红外波导探测器，其特征在于，构成布拉格反射镜结构的Si层和SiO2层的厚度分别为268nm和111nm；
所述SiO2材料层的厚度为3um，所述P型Ge材料层的厚度为50nm，本征Ge层的厚度为100nm，所述本征Ge0.94Sn0.06材料层的厚度为300nm，所述N型Ge0.94Sn0.06合金材料层的厚度为50nm。
3.一种光栅耦合型Ge系近红外波导探测器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
步骤1：获取Si衬底；
步骤2：在所述Si衬底采用PECVD技术生长Si层和SiO2层，使得Si层与SiO2层构成布拉格反射镜结构；
步骤3：在生长出的Si层上生长一层厚度为3um的SiO2材料层；
步骤4：使用低温MBE技术在所述SiO2材料层上生长P型Si材料层；
步骤5：使用氮化硅Si3N4作为掩膜版，在所述P型Si材料层上确定光刻区域；
步骤6：在所述光刻区域刻蚀形成聚焦型非均匀光栅结构；
其中，所述聚焦型非均匀光栅结构呈扇环形状，在聚焦型非均匀光栅结构中光栅从扇环内环至外环逐渐稀疏，扇环内环与未刻蚀区域连接处呈现圆筒形状；
步骤7：刻蚀掉作为掩膜版的Si3N4氮化硅；
步骤8：使用低温MBE技术在未刻蚀区域生长厚度为50nm的P型Ge材料层；
其中，所述P型Ge材料层的掺杂浓度略低于生长所述P型Si材料层的掺杂浓度；
步骤9：在所述P型Ge材料层使用低温MBE生长厚度为100nm的本征Ge层；
步骤10：在所述本征Ge层生长厚度为300nm的本征Ge0.94Sn0.06材料层；
步骤11：在所述本征Ge0.94Sn0.06材料层使用低温MBE技术生长厚度为50nm的N型Ge0.94Sn0.06合金材料层；
步骤12：在所述N型Ge0.94Sn0.06合金材料层、所述N型Ge0.94Sn0.06合金材料层两侧位于所述P型Si材料层上淀积金属电极，获得光栅耦合型Ge系近红外波导探测器。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述Si层的厚度为268nm，所述SiO2层的厚度为111nm。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤4包括：
使用低温MBE技术在所述SiO2材料层，生长厚度为340nm，掺杂浓度为1×1019cm-3的P型Si材料层。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述P型Si材料层的生长温度为200℃，P型Ge材料层的生长温度为330℃，所述本征Ge层的生长温度为200℃，所述本征Ge0.94Sn0.06层的生长温度为85℃，所述N型Ge0.94Sn0.06层的生长温度为85℃。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述P型Ge材料层的生长的掺杂浓度为1×1018cm-3，所述P型Si材料层生长的掺杂浓度为1×1019cm-3。
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