[发明专利]基于Ge/Si虚衬底的GePIN光电探测器及其制备方法在审
申请号: | 201610726482.8 | 申请日: | 2016-08-25 |
公开(公告)号: | CN107785451A | 公开(公告)日: | 2018-03-09 |
发明(设计)人: | 乔丽萍 | 申请(专利权)人: | 西藏民族大学 |
主分类号: | H01L31/105 | 分类号: | H01L31/105;H01L31/18 |
代理公司: | 北京科亿知识产权代理事务所(普通合伙)11350 | 代理人: | 汤东凤 |
地址: | 712082*** | 国省代码: | 陕西;61 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 基于 ge si 衬底 gepin 光电 探测器 及其 制备 方法 | ||
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域,特别涉及一种基于Ge/Si虚衬底的Ge PIN光电探测器及其制备方法。
背景技术
近年来,随着光通信技术的发展,具有高响应度、高量子效率、低暗电流以及高响应频率带宽的光电探测器得以实现。以现有的工艺技术,Si基光电集成接收芯片一直是人们追求的目标。InGaAs/InP等III-V族半导体材料制备的探测器量子效率高、暗电流小并已进入产业化阶段,但其价格昂贵、导热性能和机械性能较差以及与现有的成熟的Si工艺兼容性差等缺点限制了其在Si基光电集成技术中的应用。Ge材料的直接带隙约为0.67eV,对光通信中C波段(1528-1560nm)的光信号有较好的响应特性。特别是Ge材料的价格低廉以及与现有的Si工艺完全兼容,因此,研究和制备Ge PIN光电探测器引起了人们极大的兴趣。
为了在提高器件性能的同时降低成本,制备Ge PIN光电探测器的衬底材料选取也值得研究。直接选择Ge材料作为衬底将会增大器件的制造成本,与Ge材料相比,Si在地壳中储量巨大,获取方便且便宜,而且,Si的机械强度和热性质比Ge更好。然而,由于Si与Ge之间存在晶格失配,在Si衬底上的Ge外延材料中存在较高密度的位错,导致Ge PIN光电探测器暗电流特性变差,限制了器件的发展。为了降低成本,提高器件性能,我们选择在Si衬底上外延一层Ge薄膜所形成的虚Ge衬底上生长高质量的Ge外延层。然而,由于Si与Ge之间存在4.2%的晶格失配,Ge/Si虚衬底技术实现难度大。
发明内容
因此,为解决现有技术存在的技术缺陷和不足,本发明提出一种基于Ge/Si虚衬底的Ge PIN光电探测器及其制备方法。
具体地,本发明一个实施例提出的一种基于Ge/Si虚衬底的Ge PIN光电探测器及其制备方法,包括:
S101、选取掺杂浓度为5×1018cm-3的P型单晶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;
S106、利用干法刻蚀工艺刻蚀所述第一SiO2层,以得到Ge/Si虚衬底;
S107、利用减压CVD工艺生长厚度为300nm的P型Ge层,掺杂浓度为1×1020cm-3,生长温度为330℃;
S108、采用硝酸和氢氟酸刻蚀部分区域的所述P型Ge层,刻蚀厚度为200nm;
S109、利用减压CVD工艺在未刻蚀的所述P型Ge层表面生长厚度为300nm的本征Ge层,生长温度为160℃;
S110、利用减压CVD工艺在所述本征Ge层生长厚度为20nm的N型Ge层,掺杂浓度为1×1020cm-3,生长温度为160℃;
S111、利用减压CVD在所述N型Ge层表面生长厚度为20nm的N型Si层,掺杂浓度为1×1020cm-3,生长温度为300℃;
S112、利用ALD工艺在整个衬底表面生长厚度为5nm的Al2O3材料;
S113、采用氢氧化钠刻蚀部分区域的所述Al2O3材料,刻蚀厚度为5nm;
S114、利用原子层外延工艺在所述Al2O3材料表面有选择性的生长30nm的Al材料;
S115、利用CVD工艺在整个衬底表面淀积厚度为100nm的第二SiO2层;
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H01L 半导体器件;其他类目中不包括的电固体器件
H01L31-00 对红外辐射、光、较短波长的电磁辐射,或微粒辐射敏感的,并且专门适用于把这样的辐射能转换为电能的,或者专门适用于通过这样的辐射进行电能控制的半导体器件;专门适用于制造或处理这些半导体器件或其部件的方法或
H01L31-02 .零部件
H01L31-0248 .以其半导体本体为特征的
H01L31-04 .用作转换器件的
H01L31-08 .其中的辐射控制通过该器件的电流的,例如光敏电阻器
H01L31-12 .与如在一个共用衬底内或其上形成的,一个或多个电光源,如场致发光光源在结构上相连的,并与其电光源在电气上或光学上相耦合的