本發(fā)明涉及光電器件，尤其涉及一種光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、隨著光通信、光傳感、激光雷達(dá)及其技術(shù)的發(fā)展，光電探測(cè)器是光電系統(tǒng)中光電信號(hào)轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件之一，具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，如光學(xué)儀器、環(huán)境監(jiān)測(cè)、半導(dǎo)體制造等。光電探測(cè)器的工作原理是通過(guò)光電效應(yīng)將光輻射轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出。目前，隨著對(duì)光電探測(cè)器的響應(yīng)效率、靈敏度等性能需求的不斷提高，尤其是對(duì)波段小于400nm的紫外區(qū)域部分的可見(jiàn)光探測(cè)，一直以來(lái)開(kāi)發(fā)較少，特定波長(zhǎng)光的高響應(yīng)速率光電探測(cè)器成為一個(gè)重要的研究方向。

2、目前傳統(tǒng)的藍(lán)紫外光電探測(cè)器普遍使用硅基薄膜或使用光電倍增技術(shù)來(lái)增強(qiáng)信號(hào)，但因硅基薄膜光電探測(cè)器對(duì)紅外和可見(jiàn)光部分均有響應(yīng)，對(duì)藍(lán)紫外光部分的響應(yīng)有一定干擾，對(duì)檢測(cè)器的相應(yīng)速度及靈敏度存在不利的影響；而光電倍增技術(shù)使用的光電倍增管體積較大且易碎，不易于集成化，不利于光電探測(cè)器小型化和集成化的發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述的分析，本發(fā)明實(shí)施例旨在提供一種光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)及其制備方法，用以至少解決上述問(wèn)題之一。

2、一方面，本發(fā)明提供了一種光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)，至少能夠?qū)λ{(lán)紫外光有響應(yīng)，光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)包括：

3、基底層，包括上表面；

4、圖形層，形成于所述基底層的上表面；所述圖形層包括多個(gè)突出部，所述突出部的側(cè)壁設(shè)有多個(gè)從頂部延伸至底部的凹槽；

5、其中，所述圖形層的材質(zhì)與所述基底層的材質(zhì)不同。

6、進(jìn)一步地，所述圖形層的折射率小于基底層的折射率。

7、進(jìn)一步地，所述突出部的縱寬比小于0.5；

8、所述突出部設(shè)有5～20個(gè)所述凹槽。

9、進(jìn)一步地，所述光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)還包括：

10、第一導(dǎo)電層，敷設(shè)于所述基底層與突出部上，且所述第一導(dǎo)電層的厚度小于突出部的高度；

11、光反應(yīng)半導(dǎo)體層，敷設(shè)于所述第一導(dǎo)電層上，且能夠完全淹沒(méi)所述第一導(dǎo)電層；

12、第二導(dǎo)電層，敷設(shè)于所述光反應(yīng)半導(dǎo)體層上；

13、優(yōu)選地，還包括絕緣保護(hù)層，所述絕緣保護(hù)層至少敷設(shè)于第二導(dǎo)電層上。

14、進(jìn)一步地，所述第一導(dǎo)電層、第二導(dǎo)電層、絕緣保護(hù)層的透光率均大于95％。

15、進(jìn)一步地，所述圖形層的厚度為0～1000nm且不包括0，所述突出部的底寬為1000～2500nm；

16、所述第一導(dǎo)電層、第二導(dǎo)電層的厚度為10～500nm；

17、所述光反應(yīng)半導(dǎo)體層的厚度為2～5.5μm。

18、進(jìn)一步地，所述突出部被配置為能夠通過(guò)控制其上的凹槽形態(tài)與數(shù)量控制所述光反應(yīng)半導(dǎo)體層的帶隙寬度。

19、進(jìn)一步地，所述光反應(yīng)半導(dǎo)體層包括疊層設(shè)置的：

20、n型半導(dǎo)體層，敷設(shè)于第一導(dǎo)電層的上表面；

21、p型半導(dǎo)體層，敷設(shè)于n型半導(dǎo)體層的上表面，且與所述第二導(dǎo)電層接觸。

22、另一方面，本發(fā)明提供了一種光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)的制備方法，至少能夠用于制備上述的光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)，所述制備方法包括以下步驟：

23、s100：獲取基底層；

24、s200：在所述基底層上沉積一層異質(zhì)層，所述異質(zhì)層的材質(zhì)與所述基底層的材質(zhì)不同；

25、s300：對(duì)異質(zhì)層進(jìn)行選擇性刻蝕，獲得規(guī)則排列的設(shè)有光刻膠掩膜層的柱狀凸起；

26、s400：對(duì)設(shè)有柱狀凸起的異質(zhì)層進(jìn)行icp工藝刻蝕，獲得形成于基底層上的多個(gè)突出部的同時(shí)，露出基底層的c面；

27、s500：在基底層與突出部上蒸鍍或?yàn)R射第一導(dǎo)電層；

28、s600：在第一導(dǎo)電層上沉積光反應(yīng)半導(dǎo)體層；

29、s700：在光反應(yīng)半導(dǎo)體層上蒸鍍或?yàn)R射第二層導(dǎo)電層。

30、進(jìn)一步地，所述s400中，對(duì)設(shè)有掩膜層柱狀凸起的異質(zhì)層進(jìn)行icp工藝刻蝕，又包括以下步驟：

31、s401：前級(jí)修飾；

32、在低壓高真空高溫環(huán)境及低濃度等離子體氛圍下，對(duì)設(shè)有掩膜層的柱狀凸起進(jìn)行前級(jí)修飾，可獲得底部寬度為1.5～4.0μm、縱向高度為1.5～3.0μm、側(cè)壁呈褶皺狀的凸起，所述凸起的頂部成向上隆起的圓球狀，正視圖投影下頂部圓弧弧度r為1/2π～3/2π，側(cè)壁與底部平面夾角為30～100°，且柱狀凸起受前級(jí)修飾作用后，其表面呈連續(xù)性的波狀彎曲，并從凸起頂部延伸至底部；

33、前級(jí)修飾在cl基氣體環(huán)境下進(jìn)行，射頻功率為500～1000w，偏壓功率為200～400w，腔室壓強(qiáng)為1.5～3.0mt，刻蝕氣體為流量30～80sccm，晶片溫度為100～160℃，持續(xù)時(shí)間為30～80s；

34、s402：主刻蝕；

35、對(duì)前級(jí)修飾后的凸起進(jìn)行主刻蝕，使其底部寬度為1000～2500nm、縱向高度為0～1000nm且不包括0、縱寬比小于0.5，獲得超低縱寬比的凸起；

36、主刻蝕采用cl基氣體與f基氣體為主刻蝕氣體，he氣為輔助氣體，射頻功率為1000～1600w，偏壓功率為300～800w，擺閥開(kāi)度為15％～35％，持續(xù)時(shí)間為1000～1300s；

37、s403：形貌修飾刻蝕

38、對(duì)主刻蝕后具有超低縱寬比的凸起進(jìn)行形貌修飾，對(duì)側(cè)壁上溝壑寬度及深度進(jìn)行控制，最后獲得側(cè)壁設(shè)有從頂部延伸至底部凹槽的突出部，凹槽寬度為10～50nm、嵌入深度為1～20nm、凹槽弧度r為0～1/3π，突出部的側(cè)壁設(shè)有5～20個(gè)凹槽；

39、形貌修飾過(guò)程采用cl基氣體為主刻蝕氣體，he氣為輔助氣體，射頻功率為1000～1600w，偏壓功率為300～800w，擺閥開(kāi)度為10％～30％，持續(xù)時(shí)間為100-500s。

40、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少可實(shí)現(xiàn)的有益效果之一：本發(fā)明通過(guò)設(shè)置上述圖形層，能夠增大光子在襯底的全反射角，降低光子在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的逃逸率，提升光反應(yīng)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)對(duì)光子的吸收率，進(jìn)而提高光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)對(duì)藍(lán)紫外光的響應(yīng)速率。

41、本發(fā)明中，上述各技術(shù)方案之間還可以相互組合，以實(shí)現(xiàn)更多的優(yōu)選組合方案。本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書(shū)中闡述，并且，部分優(yōu)點(diǎn)可從說(shuō)明書(shū)中變得顯而易見(jiàn)，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)說(shuō)明書(shū)以及附圖中所特別指出的內(nèi)容中來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。

技術(shù)特征：

1.一種光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)，其特征在于，至少能夠?qū)λ{(lán)紫外光有響應(yīng)，光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述圖形層的折射率小于基底層的折射率。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述突出部的縱寬比小于0.5；

4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一所述的光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一導(dǎo)電層、第二導(dǎo)電層、絕緣保護(hù)層的透光率均大于95％。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述圖形層的厚度為0～1000nm且不包括0，所述突出部的底寬為1000～2500nm；

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述突出部被配置為能夠通過(guò)控制其上的凹槽形態(tài)與數(shù)量控制所述光反應(yīng)半導(dǎo)體層的帶隙寬度。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述光反應(yīng)半導(dǎo)體層包括疊層設(shè)置的：

9.一種光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，至少能夠用于制備如權(quán)利要求1至8任一所述的光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)，所述制備方法包括以下步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征在于，所述s400中，對(duì)設(shè)有掩膜層柱狀凸起的異質(zhì)層進(jìn)行icp工藝刻蝕，又包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)及其制備方法，其中光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)至少能夠?qū)λ{(lán)紫外光有響應(yīng)，光電探測(cè)器結(jié)構(gòu)包括：基底層，包括上表面；圖形層，形成于所述基底層的上表面；所述圖形層包括多個(gè)突出部，所述突出部的側(cè)壁設(shè)有多個(gè)從頂部延伸至底部的凹槽；其中，所述圖形層的材質(zhì)與所述基底層的材質(zhì)不同。

技術(shù)研發(fā)人員：肖兆威,康凱,李佩文
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣東中圖半導(dǎo)體科技股份有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/11/14