TWI297218B - - Google Patents

Description

1297218 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種光電元件，尤指一種具有低特 觸電阻的歐姆接觸特性之光電元件。 【先前技術】 以矽鍺（SiGe)為基礎的紅外線光電元件，如蕭特基 障璧檢測器（Schottky-barrier detector)、pin 光二極 體、SiGe/Si HIP 檢測器（heterojunction internal

photoemission detector)，現今均已有商業化生產。對此 類光電元件而言，歐姆接觸電阻和電極的透明度 (transparency)影響元件性能甚巨。因歐姆電阻愈大， 會降低元件的反應速度（ reSp〇nSeSpeed);而電極透明度 差，將使元件影響元件對光子的吸收，會使響應度 (responsivity)變差。一般而言，在石夕鍺層上製備金屬 電極時，通常會先在矽鍺層上覆蓋一層單晶矽，經高溫退 火（annealing)來形成金屬矽化物^丨^如广這是因 為金屬會優先與矽鍺層中的矽反應，而造成鍺的離析 (Segregation)及費米能階定準（Fermi level pinning) c 然而，非透明的矽化物會嚴重地影響光子的入 使專應度ι差’且需退火製程，徒增能源消耗及時間花^ 再者，具有低電阻率、高透明度的氧化銦 、 〇伽，以下簡稱為™)電極已被廣泛的應n (_為基礎的光電元件上，可是將氧化銦錫(1= 用【i=(】slGe)為基礎的光電元件上卻是極為少見。^ 1297218 本發明之主要目的，在於解決上述的問題而提供一種 具歐姆接觸特性之光電元件，其未經退火製程即可使氧化 鋼錫層（indium tin oxide，簡(稱ITO) /單晶p型秒錯 應變層（SiuGe。·2 strain layernS有低特徵接觸電咀 值。 為達前述之目的，本發明係包括： —N型矽基板； 一形成於該N型矽基板上之單晶p型石夕鍺應變芦 (Si〇.8Ge〇.2 strain layer) i 、 一形成於該單晶P型矽鍺應變層上之氧化鈿 Undium tin oxide，簡稱IT0)，且該氧化銦錫層與該單 晶P型矽鍺應變層之間係具有歐姆接觸特性。 、Μ 本發明之上述及其他目的與優點，不難從下塊所、g 實施例之詳細說明與附圖中，·獲得深入了解。 、用

當然，本發明在某些另件上，或另件之安排上容A 所不同，但所選用之實施例，則於本說明書中，予， J从詳έ田 說明，並於附圖中展示其構造。 、、' 【實施方式】

請參閱第1圖，圖中所示者為本發明所選用之實於U 結構，此僅供說明之用，在專利申請上並不受此種紅=列 限制。 、、構之 本實施例之具歐姆接觸特性之光電元件，其包技· 一Ν型矽基板1; * 一形成於該Ν型矽基板1上之單晶ρ型矽錯應變層 6 1297218 strain layer) 2。目前生成技術，該單晶p 1石夕錯應變層2之厚度範圍可為50 S 150奈米，以維持該 石夕錯層⑶。·8^2)於應變（strained)狀態。' ..开y成於該單晶P型矽鍺應變層2上之氧化銦錫層 (⑺七了 tln 〇xide，簡稱IT〇) 3，且該氧化銦錫層3 〃該單a曰Ρ型矽鍺應變層2之間係具有歐姆接觸特性。 因著本實施例之光電元件堆疊結構可由不同種的製 U法及认備所製成，兹僅選擇其中—種製程方法及設備 作為本實施例的說明，而其說明如下： 、a •首先分別以丙酮（ACE)、異丙醇（ΙΡΑ)、稀釋的 氮氣酉夂（HF)來清洗N型矽基板1，以去除有機物、油脂 原生氧化物（native oxide)。 ， b ·使用超高真空化學氣相沉積系統（UHVCVD)，以 S1H4和GeH4作為來源氣體、溫度55(rc，在（1〇〇)N型矽基 板1上成長厚度為150奈米的單晶p型石夕錄應變層2。 c ·以霍爾量測得到單晶p型矽鍺應變層2的載子濃 鼠度為3xl016cnf3。 彳 • d ·將上述步驟c的元件置入射頻濺鍍系統 frequency sputtering system)，在真空壓力 1〇mt〇rr， 通入流量llOsccm的氬氣，電漿功率30W的條件下，以 (90% Ιπ2〇3+10% Sn〇2)作為濺鍍的歡材，而成長出厚声為 110奈米的氧化銦錫層3於單晶P型矽鍺應變層2。’ ' 經由上述步驟a至步驟d而製成如第1圖所示具芦女 歐姆接觸特性之光電元件。 ^ ^ 1297218 為著觀察ITO/矽鍺接觸系統的熱穩定行性，茲再利 用上述製程步驟d，同樣生成厚度為110奈米的氧化銦錫 層（indium tin oxide，簡稱ITO) 3 A於一玻璃基板4 上’而得到如第2圖所示氧化銦錫層3 a/玻璃基板4的 元件結構’並令該元件結構作為本實施例的對照麵，以測 忒本實施例結構之氧化銦錫層3經所選用的製程方法，是 否可以達到光電元件之氧化銦錫層低片電阻值與高穿透率 的需求。 以下茲藉由一些試驗方式以驗證本實施例是否合乎光 電兀件的需求。首先，將對照組與本實施例結構同樣在通 入氮氣的條件下，並在40(TC和600°C下進行熱退火（ anneal)。接著，進行ιτο層片電阻（sheet ”“对仙⑶ )及穿透率（transmittance)的量測、在室溫環境下針對 本實施例作電流一電壓（/-〇特性曲線的量測、並以傳輸 線方式（transmission line method)量得特徵接觸電阻 值’且以X光繞射（x—raydiffraction)檢測高溫退火對 本實施例之單晶P型矽鍺應變層2的影響。 如第3圖所示利用本發明實施例中製程步驟廿所生成 之氧化銦錫層3 A/玻璃基板4結構之片電阻與退火溫度 的關係圖。由此可見，本實施例所使用的射頻濺鍍系 可以得到高品質低片電阻值的氧化銦錫層3。 如第4圖所示為利用本發明實施例中製程步驟d所生 成之氧化銦錫層3 A/玻璃基板4結構於未經退火和經 400°C退火下之氧化銦錫層3 a的穿透率。其可觀察到未^ 8 I297218 的'坡長ί 4GGC退火之氧化銦錫層3六在8GG至14G0奈米 之氣化L:有超過80%的穿透率，因此本實施例所長成 紅外線ί層3非常適合搭配補材料來製造高效能的近 光電元件0 3/翠如Λ5圖㈣為在室溫下㈣本實_之氧化銅錫層 結果。二型石夕鍺應變層2結構之電流與電壓卜ν曲線的 與單B D電机與電壓間的線性_，可確定氧化銦錫層3 )，且曰 1型石夕錯應變層2接面為歐姆接觸（〇hmic<?〇ntact 、有相當低的接觸電阻值；我們也觀察到接觸電阻會 :退，度的升高而變大。對於產生歐姆接觸的可能原因 是:氧化銦錫層3於缝過程中有助於去除單晶p型石夕鍺 應^層2上的原生氧化層。另外，因濺鑛時的電漿義擊， 使早晶P型石夕鍺應變層2表面產生點缺陷（加的 )’形成類似受體（acceptor-1 ike )的陷阱中心（trap center)，可用來捕捉價電帶的電子，且在單晶p型矽鍺應 。變層2表面上係產生數量可觀的電洞。當本實施例以4〇〇 C和600 C進行熱退火處理時，由於點缺陷減少，並釋放 出電子且使電洞得以補滿，而得到較大的歐姆接觸電阻 。這，因電漿或電子轟擊產生缺陷的行為，在如氮化鎵和 矽鍺等化合半導體材料經常被觀察到。 接著’利用蝕刻方式製備傳輸線圖形，以量測特徵接 觸電阻Pe，經6〇(rC退火後，氧化銦錫層3/單晶p型矽 錯應變層2之間的接觸電阻值為2.26xl(T5Qcm2。 從第6圖所示之X光繞射結果可發現，本實施例經〇 9 Ϊ297218 =====’這指明軍以_應 未因熱處理=轉蝴（咖_狀態； 故’本發明所具有的優點如下： 3間ί:;Γ發明之單晶P型親變層2和氧化銦鍚層 ’因有上：的歐姆接觸特性。其得到較低特徵接觸電阻 應變層2表面產生點缺陷所致。而在早晶？型石夕錯 其二’適合於搭配㈣材料下製造出高效能的近紅外 :九電几件。由於本發明之氧化銦錫層3在議至i彻夺 水的波長範圍内有超過_的穿透率，所以非常適舍於^ 配矽鍺材料以製造高效能的近紅外線光電元件。 >、一’節省生產成本與縮短製程時間。在於製成本發 ，之製程步驟中，無需退火製程即可得到良好的歐姆接觸 特性，故，將本發明運用於光電元件的製程上，其具有節 省生產成本與縮短製程時間的功效。。 、〃 以上所述實施例之揭示係用以說明本發明，並非用以 =制本發明，故舉凡數值之㈣或等效㈣之置換仍應隸 屬本發明之範_。 由以上詳細說明，可使熟知本項技藝者明瞭本發明的 確可達成前述目的，實已符合專利法之規定，爰提出專利 申請。 【圖式簡單說明】 第1圖係本發明實施例之元件結構示意圖 1297218 第2圖係利用本發明實施例中製程步驟所生成之氧化 銦錫層/玻璃基板的結構示意圖 第3圖係利用本發明實施例中製程步驟所生成之氧化 銦錫層/玻璃基板結構之片電阻與退火溫度的 關係圖 - 第4圖係利用本發明實施例中製程步驟所生成之氧化

， 銦錫層/玻璃基板結構於未經退火和經400°C 退火下之氧化銦錫層的穿透率 φ 第5圖係本發明實施例的電流與電壓特性曲線圖 第6圖係本發明實施例未經退火和經600°C退火後單 晶P型石夕鍺應變層（SiuGeu strain layer) 的X光繞射圖 【主要元件符號說明】 (習用部分） ' 無 (本發明部分） φ N型矽基板1 ; 單晶P型矽鍺應變層2 氧化姻錫層3 氧化姻錫層3 A 玻璃基板4 11

Claims (1)

1297218 十、申請專利範圍： 1 · 一種具歐姆接觸特性之光電元件，其包括： 一 N型矽基板； 一形成於該N型矽基板上之單晶P型矽鍺應變層 (Si〇.8Ge〇.2 strain layer)； ' 一形成於該單晶P型矽鍺應變層上之氧化銦錫層 (indium tin oxide，簡稱ITO)，且該氧化銦錫層與 該單晶P型矽鍺應變層之間係具有歐姆接觸特性。 12