[发明专利]一种单向载流子传输光电探测器及其制造方法

说明书

本申请提供一种单向载流子传输光电探测器及其制造方法。该探测器包括：位于衬底表面的阴极接触层，所述阴极接触层用于和阴极电极接触；位于所述阴极接触层表面的电子收集区；位于所述电子收集区表面的缓冲层；位于所述缓冲层表面的光吸收区，所述光吸收区的材料为锗锡，所述光吸收区吸收光并生成电子和空穴；位于所述光吸收区表面的势垒层，所述势垒层与所述光吸收区界面形成导带带阶，所述带阶阻止所述光吸收区生成的电子穿过所述界面；以及位于所述势垒层表面的阳极接触区。本申请有利于实现大功率高速单向载流子传输探测器。

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，尤其涉及一种单向载流子传输光电探测器及其制造方法。

背景技术

GeSn材料作为一种新型的四族合金材料，在近红外乃至短波红外有着大的吸收系数，是制备Si红外光电探测器的理想材料。近年来，GeSn红外探测器受到了广泛的研究。WeiDu等作者在其发表的“Silicon-based Ge0.89Sn0.11photodetector and light emittertowards mid-infrared applications”中公开了一种面接收型GeSn光电探测器，Sn含量的11％的GeSn合金作为吸收层，其光响应范围扩展至3um波段。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

本申请的发明人发现：在传统的pin型光电探测器中，光电探测器的载流子包括空穴和电子，由于空穴在耗尽区迁移速度慢，载流子迁移时间主要取决于空穴的输运时间；并且，当输入电流或者功率增大时，低迁移率空穴在输运中形成堆积，使得电位分布发生变形，阻碍光生载流子收集，输出光电流饱和。

本申请实施例提供一种单向载流子传输光电探测器及其制造方法，由电子作为唯一活性载流子，因而更适用于大入射光强和大电流的高速输出，此外，采用锗锡材料作为光吸收层，能在红外波段具有更广的探测范围，并极大地提高电子迁移率，从而有利于实现大功率高速单向载流子传输探测器。

根据本申请实施例的一个方面，提供一种单向载流子传输光电探测器，包括：

位于衬底表面的阴极接触层，所述阴极接触层用于和阴极电极接触；

位于所述阴极接触层表面的电子收集区；

位于所述电子收集区表面的缓冲层；

位于所述缓冲层表面的光吸收区，所述光吸收区的材料为锗锡(GeSn)，所述光吸收区吸收光并生成电子和空穴；

位于所述光吸收区表面的势垒层，所述势垒层与所述光吸收区界面的导带形成导带带阶，所述带阶阻止所述光吸收区生成的电子穿过所述界面；以及

位于所述势垒层表面的阳极接触区，所述阳极接触层用于和阳极电极接触，其中，所述电子收集区用于收集所述光吸收区产生的电子，所述缓冲层用于缓冲所述电子收集区和所述光吸收区之间的应力。

根据本申请实施例的另一个方面，其中，所述电子收集区、所述缓冲层、所述光吸收区、所述势垒层以及所述阳极接触区形成的叠层的横向尺寸小于所述阴极接触区的横向尺寸，所述单向载流子传输光电探测器还具有减反射层，其覆盖于所述叠层的侧壁、所述阳极接触区的表面、以及所述阴极接触层从所述叠层两侧露出的表面。

根据本申请实施例的另一个方面，其中，所述阴极电极位于所述阴极接触层从所述叠层两侧露出的表面，所述阳极电极位于所述阳极接触区的表面。

根据本申请实施例的另一个方面，其中，所述阴极接触层和所述电子收集区分别是n型掺杂的硅材料和非掺杂的硅材料。