[发明专利]横向PIN结构Ge量子点近红外探测器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及近红外探测器制作技术领域，特别是一种横向PIN结构Ge量子点近红外探测器及其制作方法。

背景技术

在目前光纤通信使用的单模光纤中，使用最多的是1.31μm和1.55μm这两个近红外波段。Si是信息领域最重要的半导体材料，在微电子领域已获得了巨大的发展。但是由于Si是间接带隙，且带隙较大（室温下E_g=1.12eV），导致其存在着对近红外光吸收系数低、吸收长度长，对1.1μm以上波长没有响应等诸多问题。这些特性限制了其在光纤通信领域的应用。通过在Si基上生长Ge量子点能够拓宽其响应波段，从而制作能应用于光纤通信领域的近红外探测器。目前见诸报道的Si基Ge量子点近红外探测器主要有纵向PIN结构Ge量子点探测器、共振腔增强型（RCE）PIN结构Ge量子点探测器、波导型Ge量子点探测器、异质结光敏晶体管（HPT型）Ge量子点探测器。上述的这些Ge量子点探测器都具有一个共同特点，就是Ge量子点吸收红外光后产生的光生载流子是在纵向（跟衬底垂直）上进行输运的，简称为纵向探测器。但是对于纵向量子点探测器而言，由于多层量子点在垂直方向上表现出耦合特性，即表面的量子点倾向于直接生长在埋层岛的正上方，从而使生长的量子点是纵向对齐的。当光生载流子在纵向上进行输运时，很容易被相邻量子点俘获和散射，输运效率大大降低，光响应度不高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种横向PIN结构Ge量子点近红外探测器及其制作方法，该探测器的光生载流子输运效率高，提高了探测器的光响应度。

本发明的目的是这样实现的：一种横向PIN结构Ge量子点近红外探测器，其特征在于：包括衬底和设于衬底上的多层Ge量子点，在所述多层Ge量子点上光刻有p⁺叉指注入区和n⁺叉指注入区，所述p⁺叉指注入区和n⁺叉指注入区均包括间隔并排的多个叉指条型区和设于叉指条型区一端且与所有叉指条型区相连通的叉指连接区，所述p⁺叉指注入区的叉指条型区与n⁺叉指注入区的叉指条型区间隔交叉设置，所述p⁺叉指注入区内注入有p⁺叉指条和p⁺叉指连接部，所述n⁺叉指注入区内注入有n⁺叉指条和n⁺叉指连接部，所述多层Ge量子点上设有一层SiO₂薄膜，所述SiO₂薄膜正对于p⁺叉指连接部和n⁺叉指连接部的位置上分别开设有一电极引线孔，所述两电极引线孔内分别设有与所述p⁺叉指连接部、n⁺叉指连接部相接触的金属电极并向外引出。

本发明还提供了上述横向PIN结构Ge量子点近红外探测器的制作方法，其特征在于：首先，在SOI衬底上生长多层Ge量子点材料，然后按如下步骤进行横向PIN结构Ge量子点探测器的制作：

（1）在多层Ge量子点材料上进行光刻，并刻蚀至SOI衬底的埋层SiO₂处，形成探测器所在的台面及对准标记；

（2）在多层Ge量子点材料上光刻形成p⁺叉指注入区，非注入区用光刻胶挡住；

（3）在p⁺叉指注入区中注入硼离子，形成p⁺叉指条和p⁺叉指连接部；然后去胶；

（4）在多层Ge量子点材料上光刻形成n⁺叉指注入区，非注入区用光刻胶挡住；

（5）在n⁺叉指注入区中注入磷离子，形成n⁺叉指条和n⁺叉指连接部；然后去胶；

（6）在多层Ge量子点材料上生长SiO₂薄膜；

（7）在SiO₂薄膜上进行光刻，并刻蚀出电极引线孔；

（8）在SiO₂薄膜上溅射一Al金属层；

（9）在Al金属层上进行光刻，并刻蚀出Al电极；

（10）合金，形成电极金属与高掺杂硅之间的欧姆接触；获得最终的横向PIN结构Ge量子点探测器样品。