本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于長(zhǎng)波光通信的光電探測(cè)器。

背景技術(shù)：

光電探測(cè)器的工作原理是基于光電效應(yīng)，光電探測(cè)器在軍事和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域有廣泛用途。在可見光或近紅外波段主要用于射線測(cè)量和探測(cè)、工業(yè)自動(dòng)控制、光度計(jì)量等；在紅外波段主要用于導(dǎo)彈制導(dǎo)、紅外熱成像、紅外遙感等方面。

目前商用III-V族或者II-VI族光電探測(cè)器制造成本非常高，價(jià)格非常昂貴，并且存在與Si CMOS工藝技術(shù)不兼容而降低了器件性能等問題，因而IV族材料的光電探測(cè)器是一個(gè)研究的方向；現(xiàn)在商用IV族材料光電探測(cè)器還無法連續(xù)探測(cè)到1800nm，作為IV族半導(dǎo)體材料的Ge，只覆蓋到部分C波段(1530-1565nm)，不能連續(xù)覆蓋800～1800nm通信波段。

因此，如何制作一種低成本，工藝簡(jiǎn)單，可探測(cè)800～1800nm連續(xù)波段的光電探測(cè)器變得尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有光電探測(cè)器技術(shù)中不能連續(xù)覆蓋800～1800nm通信波段的問題，本實(shí)用新型提供了一種用于長(zhǎng)波光通信的光電探測(cè)器。

具體地，本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例提供了一種用于長(zhǎng)波光通信的光電探測(cè)器，所述光電探測(cè)器包括：襯底層；依次層疊于所述襯底層的Ge緩沖層、GeSn緩沖層、GeSn/Ge多量子阱有源層和GeSn接觸層；位于所述GeSn接觸層和所述GeSn緩沖層上的氧化層；位于所述GeSn接觸層和所述GeSn緩沖層上的金屬電極。

在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，所述Ge緩沖層的厚度為250～300nm。

在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，所述GeSn緩沖層的厚度為150～200nm。

在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，所述GeSn/Ge多量子阱有源層厚度為 250nm～750nm。

在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，所述GeSn/Ge多量子阱有源層包括 10～20層的GeSn/Ge量子阱有源層。

在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，所述GeSn/Ge量子阱有源層從下往上包括本征Ge層和本征GeSn單晶層。

在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，所述本征Ge層的厚度為10～15nm；所述本征GeSn單晶層的厚度為15～20nm。

在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，所述GeSn接觸層厚度為50～80nm。

在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，所述氧化層的材料為SiO₂。

在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，所述氧化層位于所述GeSn接觸層和所述GeSn緩沖層上。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下有益效果：兼容了CMOS工藝，克服了暗電流大，低于1800nm連續(xù)波段探測(cè)問題，且能通過調(diào)節(jié)多量子阱中GeSn中Sn的組分和調(diào)節(jié)多量子阱中Ge的厚度以調(diào)整帶隙結(jié)構(gòu)，從而調(diào)節(jié)探測(cè)范圍和探測(cè)能力。

附圖說明

下面將結(jié)合附圖，對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的說明。

圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種用于長(zhǎng)波光通信的光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖；以及

圖2a-圖2g為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種用于長(zhǎng)波光通信的光電探測(cè)器制備方法示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本實(shí)用新型的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例一

請(qǐng)參見圖1，圖1為本實(shí)用新型實(shí)施例提供的一種用于長(zhǎng)波光通信的光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)示意圖，具體地，所述光電探測(cè)器包括：襯底層；依次層疊于所述襯底層的Ge緩沖層、GeSn緩沖層、GeSn/Ge多量子阱有源層和GeSn接觸層；位于所述GeSn接觸層和所述GeSn緩沖層上的氧化層；位于所述GeSn接觸層和所述GeSn緩沖層上的金屬電極。

其中，所述Ge緩沖層的厚度為250～300nm。

優(yōu)選地，所述GeSn緩沖層的厚度為150～200nm。

優(yōu)選地，所述GeSn/Ge多量子阱有源層厚度為250nm～750nm。

其中，所述GeSn/Ge多量子阱有源層包括10～20層的GeSn/Ge量子阱有源層。

進(jìn)一步的，所述GeSn/Ge量子阱有源層從下往上包括本征Ge層和本征GeSn單晶層。

其中，所述GeSn/Ge多量子阱有源層將載流子限制在量子阱中，大大減小了電子空穴對(duì)的復(fù)合作用，從而減小了光電探測(cè)器的暗電流。

進(jìn)一步的，所述長(zhǎng)波光通信的光電探測(cè)器的吸收層為所述GeSn/Ge多量子阱有源層，所述長(zhǎng)波光通信的光電探測(cè)器電場(chǎng)方向和入射光方向是相互垂直的，這避免了電場(chǎng)對(duì)入射光的影響，提高了效率。

具體地，所述本征Ge層的厚度為10～15nm；所述本征GeSn單晶層的厚度為15～20nm。

其中，可通過調(diào)節(jié)所述GeSn/Ge多量子阱有源層的GeSn中Sn的組分和調(diào)節(jié)所述GeSn/Ge多量子阱有源層中Ge的厚度以調(diào)節(jié)量子阱中的應(yīng)力，以此來調(diào)節(jié)帶隙結(jié)構(gòu)從而擴(kuò)展探測(cè)波長(zhǎng)和增強(qiáng)探測(cè)能力。

優(yōu)選地，所述GeSn接觸層厚度為50～80nm。

優(yōu)選地，所述氧化層的材料為SiO₂。

其中，所述氧化層位于所述GeSn接觸層和所述GeSn緩沖層上。

采用本實(shí)施方式的用于長(zhǎng)波光通信的光電探測(cè)器兼容了CMOS工藝，克服了暗電流大，低于1800nm連續(xù)波段探測(cè)問題，且能通過調(diào)節(jié)多量子阱中GeSn中Sn的組分和調(diào)節(jié)多量子阱中Ge的厚度以調(diào)整帶隙結(jié)構(gòu)，從而調(diào)節(jié)探測(cè)范圍和探測(cè)能力。

實(shí)施例二

請(qǐng)參照?qǐng)D2a-圖2g，圖2a-圖2g為本實(shí)用新型實(shí)施例的一種用于長(zhǎng)波光通信的光電探測(cè)器制備方法示意圖，該制備方法包括如下步驟：

(a)如圖2a所示，選取N型Si或SOI襯底；

(b)如圖2b所示，在230～250℃下，利用分子束外延生長(zhǎng)工藝，在所述襯底上250℃生長(zhǎng)一層低溫Ge緩沖層后，升溫至470～500℃生長(zhǎng)高溫Ge 緩沖層；

(c)如圖2c所示，在280～300℃下，利用分子束外延生長(zhǎng)工藝，在所述 Ge緩沖層上生長(zhǎng)N型GeSn作為緩沖層；

(d)如圖2d所示，在所述GeSn緩沖層上生長(zhǎng)GeSn/Ge多量子阱有源層；具體地，步驟(d)包括：

(d1)在280～300℃下，利用分子束外延生長(zhǎng)工藝，在所述N型GeSn緩沖層上生長(zhǎng)本征GeSn單晶；

(d2)在280～300℃下，利用分子束外延生長(zhǎng)工藝，在所述本征GeSn單晶上生長(zhǎng)本征Ge層；

(d3)在280～300℃下，利用分子束外延生長(zhǎng)工藝，在所述本征Ge層上生長(zhǎng)本征GeSn單晶；

(d4)重復(fù)步驟(d2)、(d3)得到GeSn/Ge多量子阱有源層；

(e)如圖2e所示，在280～300℃下，利用分子束外延生長(zhǎng)工藝，在所述 GeSn/Ge多量子阱有源層上生長(zhǎng)GeSn接觸層；

(f)如圖2f所示，在所述GeSn接觸層上沉積SiO₂氧化層；

(g)如圖2g所示，金屬化并光刻引線形成所述光電探測(cè)器；

具體地，步驟(g)包括：

(g1)在所述氧化層光刻出金屬接觸窗口；

(g2)在所述金屬接觸窗口上沉積金屬；

(g3)光刻引線，形成用于長(zhǎng)波光通信的光電探測(cè)器。

本實(shí)用新型制備的用于長(zhǎng)波光通信的光電探測(cè)器，首先，作為IV族半導(dǎo)體材料的Ge，在1.3-1.55μm波段范圍內(nèi)有很高的吸收系數(shù)，并且可直接在Si襯底上外延生長(zhǎng)高質(zhì)量Ge薄膜，因此Ge被認(rèn)為近紅外探測(cè)器的理想備選材料。在室溫下，Ge直接帶隙為0.8eV，對(duì)應(yīng)的探測(cè)器吸收邊界在 1.55μm左右，只覆蓋到部分C波段(1530-1565nm)，不能覆蓋800～1800nm 通信波段。本實(shí)用新型實(shí)施例在Ge中摻入2％的Sn組分可以覆蓋的波段從1550nm擴(kuò)展到1800nm。通過增加Ge中的Sn組分，擴(kuò)展了GeSn光電探測(cè)器的吸收波長(zhǎng)，并且增強(qiáng)了對(duì)波長(zhǎng)的吸收系數(shù)，提高了探測(cè)能力；通過調(diào)節(jié)GeSn量子阱中的Ge層的厚度，在GeSn量子阱中引入不同的應(yīng)力，調(diào)節(jié)量子阱的帶隙結(jié)構(gòu)，可以有效地調(diào)節(jié)器件的吸收波長(zhǎng)范圍，增強(qiáng)吸收能力。

綜上所述，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本實(shí)用新型一種用于長(zhǎng)波光通信的光電探測(cè)器及光電探測(cè)器的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本實(shí)用新型的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本實(shí)用新型的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)以所附的權(quán)利要求為準(zhǔn)。