本技術(shù)涉及半導(dǎo)體，特別是涉及一種弛豫鍺系襯底及一種弛豫鍺系傳感器。

背景技術(shù)：

1、銦鎵砷(ingaas)短波紅外傳感器在機(jī)器視覺、激光通信、天文、生命科學(xué)、半導(dǎo)體檢測(cè)、安防、醫(yī)療診斷、低空科技和汽車輔助駕駛等領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛，但其存在晶圓尺寸小、不兼容cmos制造工藝、良率低和無法大規(guī)模量產(chǎn)等技術(shù)瓶頸。由此，更易兼容cmos制造工藝且同樣在短波紅外波段存在光電響應(yīng)的鍺系傳感器越發(fā)引起關(guān)注。

2、目前，通常采用硅基直接外延鍺或絕緣體上鍺(germanium?on?insulator，goi)結(jié)構(gòu)制備垂直pin結(jié)構(gòu)的鍺系傳感器。然而，采用硅基直接外延鍺或goi結(jié)構(gòu)的垂直pin結(jié)構(gòu)鍺系傳感器中，垂直pin結(jié)構(gòu)頂部鍺層晶體質(zhì)量差，缺陷密度高，導(dǎo)致鍺系傳感器的響應(yīng)度和工作速度偏低，嚴(yán)重影響了鍺系傳感器的量子效率和靈敏度，阻礙了鍺系傳感器的大規(guī)模商用。

3、由此，如何提高鍺系傳感器的響應(yīng)度和工作速度，成為需要解決的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于上述問題，本實(shí)用新型提供了一種弛豫鍺系襯底及一種弛豫鍺系傳感器，以提高鍺系傳感器的響應(yīng)度和工作速度。

2、本實(shí)用新型實(shí)施例公開了如下技術(shù)方案：

3、第一方面，本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種弛豫鍺系襯底，其特征在于，所述弛豫鍺系襯底用于形成弛豫鍺系傳感器，所述弛豫鍺系襯底包括：

4、依次堆疊的第一鍺襯底、第一本征弛豫鍺層、本征弛豫鍺/鍺硅多量子阱層、第二本征弛豫鍺層、第二摻雜弛豫鍺層、鐵電氧化物層以及介質(zhì)層；所述第一本征弛豫鍺層、所述本征弛豫鍺/鍺硅多量子阱層以及所述第二本征弛豫鍺層是通過在所述第一鍺襯底的一側(cè)依次進(jìn)行同質(zhì)外延而形成的。

5、可選地，所述鐵電氧化物層為hf0.5zr0.5o2、batio3、pzt、linbo3、srruo3、srtio3、pbtio3、(pb,sr)tio3/srtio3(pst/sto)超晶格和(ba,sr)tio3/laalo3超晶格中的一種或多種堆疊。

6、可選地，所述本征弛豫鍺/鍺硅多量子阱層包括弛豫鍺層和弛豫鍺硅層；所述弛豫鍺層為勢(shì)壘層，厚度范圍為10～100nm；所述弛豫鍺硅層為勢(shì)阱層，厚度范圍為10～100nm；所述弛豫鍺硅層中硅的含量為0～30％。

7、可選地，所述本征弛豫鍺/鍺硅多量子阱層包括2～10個(gè)量子阱。

8、可選地，所述本征弛豫鍺/鍺硅多量子阱層厚度范圍為200～1000nm。

9、可選地，所述第二本征弛豫鍺層的厚度范圍為100～3000nm。

10、可選地，所述第二摻雜弛豫鍺層厚度范圍為100～500nm。

11、第二方面，本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種弛豫鍺系傳感器，所述弛豫鍺系傳感器基于上述第一方面中任一實(shí)施方式所述的弛豫鍺系襯底制作而成，所述弛豫鍺系傳感器包括：

12、依次堆疊的第一摻雜弛豫鍺層、本征弛豫鍺/鍺硅多量子阱層、第二本征弛豫鍺層、第二摻雜弛豫鍺層、鐵電氧化物層、介質(zhì)層以及氧化層；所述第一摻雜弛豫鍺層為進(jìn)行離子摻雜后的第一本征弛豫鍺層；所述第一摻雜弛豫鍺層、所述本征弛豫鍺/鍺硅多量子阱層、所述第二本征弛豫鍺層和所述第二摻雜弛豫鍺層構(gòu)成垂直pin結(jié)構(gòu)。

13、可選地，其特征在于，所述氧化層背離所述介質(zhì)層的一側(cè)還具有第二硅襯底。

14、可選地，所述弛豫鍺系傳感器還包括讀出電路，位于所述第一摻雜弛豫鍺層的第一金屬和位于所述第二摻雜弛豫鍺層的第二金屬與所述讀出電路電連接。

15、相較于現(xiàn)有技術(shù)，本實(shí)用新型具有以下有益效果：

16、本實(shí)用新型提供了一種弛豫鍺系襯底，該弛豫鍺系襯底包括：依次堆疊的第一鍺襯底、第一本征弛豫鍺層、本征弛豫鍺/鍺硅多量子阱層、第二本征弛豫鍺層、第二摻雜弛豫鍺層、鐵電氧化物層以及介質(zhì)層；所述第一本征弛豫鍺層、所述本征弛豫鍺/鍺硅多量子阱層以及所述第二本征弛豫鍺層是通過在所述第一鍺襯底的一側(cè)依次進(jìn)行同質(zhì)外延而形成的。由此，基于該弛豫鍺系襯底所制成的弛豫鍺系傳感器，一方面，在鍺襯底上同質(zhì)外延形成了高質(zhì)量的第一本征弛豫鍺層、本征弛豫鍺/鍺硅多量子阱層以及第二本征弛豫鍺層，可以避免第一本征弛豫鍺層、本征弛豫鍺/鍺硅多量子阱層以及第二本征弛豫鍺層與襯底之間出現(xiàn)晶格失配的問題，明顯改善了鍺系傳感器中垂直pin結(jié)構(gòu)頂部鍺層的晶體質(zhì)量，提高了鍺系傳感器的響應(yīng)度和工作速度；另一方面，由于鐵電氧化物具有負(fù)電容效應(yīng)，其電容在鍺系傳感器工作期間為負(fù)值，可以有效的補(bǔ)償厚鍺垂直pin結(jié)構(gòu)中較大的正值電容，從而降低整個(gè)鍺系傳感器的電容，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了鍺系傳感器的高響應(yīng)度和高工作速度，得到了高量子效率和高靈敏度的鍺系傳感器；再一方面，存在第二本征鍺層和本征鍺/鍺硅多量子阱層兩個(gè)光電傳感層，其中，第二本征鍺層為可見光和短波紅外傳感層，本征鍺/鍺硅多量子阱層為紅外波段傳感層，二者的組合結(jié)構(gòu)可以顯著拓展鍺系傳感器的光譜響應(yīng)范圍。此外，鐵電氧化物還是有效的絕緣層，可有效的改善鍺與氧化層界面處因存在懸掛鍵或水分子等原因而產(chǎn)生的缺陷態(tài)，進(jìn)而降低鍺系傳感器的暗電流。

技術(shù)特征：

1.一種弛豫鍺系襯底，其特征在于，所述弛豫鍺系襯底用于形成弛豫鍺系傳感器，所述弛豫鍺系襯底包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的弛豫鍺系襯底，其特征在于，所述鐵電氧化物層為hf0.5zr0.5o2、batio3、pzt、linbo3、srruo3、srtio3、pbtio3、(pb,sr)tio3/srtio3(pst/sto)超晶格和(ba,sr)tio3/laalo3超晶格中的一種或多種堆疊。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的弛豫鍺系襯底，其特征在于，所述本征弛豫鍺/鍺硅多量子阱層包括弛豫鍺層和弛豫鍺硅層；所述弛豫鍺層為勢(shì)壘層，厚度范圍為10～100nm；所述弛豫鍺硅層為勢(shì)阱層，厚度范圍為10～100nm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的弛豫鍺系襯底，其特征在于，所述本征弛豫鍺/鍺硅多量子阱層包括2～10個(gè)量子阱。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的弛豫鍺系襯底，其特征在于，所述本征弛豫鍺/鍺硅多量子阱層厚度范圍為200～1000nm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的弛豫鍺系襯底，其特征在于，所述第二本征弛豫鍺層的厚度范圍為100～3000nm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的弛豫鍺系襯底，其特征在于，所述第二摻雜弛豫鍺層厚度范圍為100～500nm。

8.一種弛豫鍺系傳感器，其特征在于，所述弛豫鍺系傳感器基于權(quán)利要求1～7中任一項(xiàng)所述的弛豫鍺系襯底制作而成，所述弛豫鍺系傳感器包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的弛豫鍺系傳感器，其特征在于，所述氧化層背離所述介質(zhì)層的一側(cè)還具有第二硅襯底。

10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的弛豫鍺系傳感器，其特征在于，所述弛豫鍺系傳感器還包括讀出電路，位于所述第一摻雜弛豫鍺層的第一金屬和位于所述第二摻雜弛豫鍺層的第二金屬與所述讀出電路電連接。

技術(shù)總結(jié)
本技術(shù)公開了一種弛豫鍺系襯底及一種弛豫鍺系傳感器，可用于半導(dǎo)體領(lǐng)域，該弛豫鍺系襯底用于形成弛豫鍺系傳感器，該弛豫鍺系襯底包括：依次堆疊的第一鍺襯底、第一本征弛豫鍺層、本征弛豫鍺/鍺硅多量子阱層、第二本征弛豫鍺層、第二摻雜弛豫鍺層、鐵電氧化物層以及介質(zhì)層；第一本征弛豫鍺層、本征弛豫鍺/鍺硅多量子阱層以及第二本征弛豫鍺層是通過在第一鍺襯底的一側(cè)依次進(jìn)行同質(zhì)外延而形成的。由此，基于該弛豫鍺系襯底所制成的弛豫鍺系傳感器，由于在鍺襯底上同質(zhì)外延形成了高質(zhì)量的第一本征弛豫鍺層等膜層，鍺系傳感器中垂直PIN結(jié)構(gòu)頂部鍺層的晶體質(zhì)量得到了明顯改善，提高了鍺系傳感器的響應(yīng)度和工作速度。

技術(shù)研發(fā)人員：亨利·H·阿達(dá)姆松,苗淵浩
受保護(hù)的技術(shù)使用者：廣州諾爾光電科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：20240327
技術(shù)公布日：2024/12/19