[发明专利]基于Ge/Si虚衬底的GePIN光电探测器及其制备方法

摘要

本发明涉及一种基于Ge/Si虚衬底的Ge PIN光电探测器及其制备方法，该方法包括选取Si衬底；生长Ge籽晶层；生长Ge主体层；生长SiO2层；将整个衬底材料加热至700℃，连续采用激光工艺晶化，激光波长为808nm，光斑尺寸10mm×1mm，功率为1.5kW/cm2，移动速度为25mm/s，形成晶化Ge层；去除SiO2层；生长P型Ge层、本征Ge层、N型Ge层；生长Al2O3材料，刻蚀形成接触孔，最终形成该光电探测器。本发明激光再晶化工艺具有选择性高，控制精度准，晶化速度快，工艺步骤简单，工艺周期短，热预算低等优点；通过连续激光辅助晶化Ge/Si虚衬底，可有效降低Ge外延层位错密度和表面粗糙度，进而显著提高Ge PIN光电探测器的暗电流特性。

主权项

一种基于Ge/Si虚衬底的Ge PIN光电探测器的制备方法，其特征在于，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；S116、采用硝酸和氢氟酸刻蚀所述第二SiO2层，刻蚀位置与所述Al2O3材料被刻蚀的位置相同，形成接触孔；S117、利用电子束蒸发工艺淀积厚度为100nm的Ni/Ag材料，以形成所述基于Ge/Si虚衬底的Ge PIN光电探测器电极。