[发明专利]一种锗硅光电探测器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤通信中的光电探测器领域，具体涉及的是一种锗硅光电探测器。

背景技术

在光纤通信中，光接收器是必不可少的关键器件之一，在目前的光纤通信的市场上，基于三五族化合物的光电探测器以其优异的特性占据着较大的比重，其中包括InGaAs/InP,InSb等光电探测器。但是三五族化合物的光电探测器也有着较多的劣势，比如一些材料生长衬底对环境要求较高需要高要求的气密性而且器件往往难于封装和集成。在近几年，基于锗硅材料的光电探测器逐渐成为研究热点，相对三五族化合物它有着较多的优点：（1）锗硅光电探测器是做在硅衬底上的，材料硅性能稳定；（2）可以利用成熟硅的CMOS工艺便于后期的集成和封装；（3）材料硅有着较低的K值，当制作雪崩光电探测器可以获得较低的器件噪声从而可以提高器件的性能。

在光纤通信较高的响应度和较高的响应速率一直是主要的目的，这两者在很大程度上与器件的光敏面积的大小有关，为了提高器件的响应速率，需要较少器件的光敏面积以减小器件的结电容，但是光敏面积的减小导致了器件的响应度大大的降低，在传统器件的设计中，往往综合这两个方面的考虑寻求最佳的面积，通过合适的设计，在器件的周围蒸镀多层金属，为了保持金属的良好的导电性厚度一般在100nm以上，从而挡住了光的入射，这样导致了有源区实际的受光面积变小，降低了器件的响应度,同时较厚金属电极往往增加了生产成本。

石墨烯材料自从在2004年被成功制备出来，以其高透光率，高载流子迁移率迅速成为研究热点，但是由于在生长和转移过程中石墨烯受到了破坏，导致其载流子迁移率较低，方块电阻较高，实际的制备出来石墨烯的质量无法与金属电极相比，所制备出来的器件的性能也较差。

发明内容

本发明提供一种锗硅光电探测器及制备方法，所采用的电极是石墨烯和金属网格复合电极，用以解决传统光电探测器不透明金属电极导致光电探测率变低等问题，所制备的石墨烯与金属网格的复合电极具有较高的透光率和较低的方块电阻，达到了传统的金属电极的性能，同时石墨烯是通过鼓泡法转移出来的，实现了衬底的重复利用，有效地降低了生产成本，为以后产业化发展提供了方向。

为了解决上述的技术问题，本发明的技术方案如下：

本发明所述的一种锗硅光电探测器，所述器件结构包括在P型掺杂的Si衬底依次外延非掺杂的Si缓冲层，P型重掺杂Ge层，i型Ge层作为吸收层，N型重掺杂Ge层；所述N型重掺杂Ge层上设置Si帽层；刻蚀形成台面所述的P型重掺杂Ge层上设置钝化层；所述钝化层上开孔，在通孔内壁设置金属电极作为第一电极；所述Si帽层上设置金属银层，石墨烯层，作为外电路连接的第二金属电极层，增透膜层。

优选地,所使用的金属网格的材料为银，金属网格的大小为200um×200um，线宽为5um。

优选地,所选用的石墨烯是单层或者多层石墨烯。

优选地,所述的金属网格层和石墨烯层组合成复合透明电极，上面设置的第二电极层为外电路连接所用。

本发明所述的光电探测器的制备方法，包括如下步骤：

S1、选用一块弱P型掺杂的Si衬底，通过分子束外延的方法，依次在表面生长出非掺杂的Si缓冲层，P型重掺杂Ge层，i型Ge层作为吸收层，N型重掺杂Ge层，Si帽层；

S2、刻蚀出台面，蒸镀一层钝化层；

S3、刻蚀钝化层形成开孔电极区域，镀金属作为第一电极；

S4、在外延片的表面蒸镀一层金属银层，然后通过光刻，湿法腐蚀出金属网格；

S5、选用一块干净的金属铂片，放入化学气相沉积反应室，通入甲烷和氢气，生长出石墨烯；

S6、通过鼓泡转移的方法，将石墨烯转移至具有金属网格的外延片，金属铂片可以再次回收利用；

S7、蒸镀一层金属层，作为连接外电路连接第二电极；

S8、蒸镀一层增透膜层。

优选地，步骤S4中，所使用的金属网格的材料为银，金属网格的大小为200um×200um，线宽为5um。

优选地，步骤S5中,所选用的石墨烯是单层或者多层石墨烯。

优选地，步骤S6中，所述的金属网格层和石墨烯层组合成复合透明电极，上面设置的第二电极层为外电路连接所用。