[发明专利]一种横向PiN结构GeSn光电探测器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，具体涉及一种横向PiN结构GeSn光电探测器及其制备方法。

背景技术

随着光通信技术的发展，光互连成为现代集成电路更好的选择，其中光电探测器将光信号转换为电信号作为光电集成的关键器件之一，对其响应度、量子效率、暗电流以及高响应频率带宽等性能指标的要求也越来越高。

因为GeSn易发射和吸收电子，具有较高的载流子迁移率等优良的电学特性，同时GeSn层具有与成熟硅微电子工艺的兼容性，且其工作范围可以覆盖近红外和短波红外(NIR，SWIR)波长。因此GeSn探测器设计、制造及其特点的研究已经成为近些年研究的重点与热点。为了提高在光谱响应和特殊检测率方面器件性能，具有高Sn组份和低暗电流的GeSn光电探测器是优选的。因此开展Si基GeSn层生长与相关器件研究工作具有重要现实意义。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种横向PiN结构GeSn光电探测器及其制备方法。

本发明的一个实施例提供了一种横向PiN结构GeSn光电探测器的制备方法，包括：

选取Si衬底；

在所述Si衬底表面连续生长Ge晶籽层和Ge主体层；

在所述Ge主体层表面制备第一保护层；

对整个衬底进行加热，并采用激光工艺晶化整个衬底，冷却后使所述Ge晶籽层和所述Ge主体层形成晶化Ge层；

刻蚀第一指定位置处的所述第一保护层，并利用离子注入工艺对所述第一指定位置处的所述晶化Ge层进行离子注入形成P型掺杂区；

去除剩余的所述第一保护层，重新淀积第二保护层；刻蚀第二指定位置处的所述第二保护层，并利用离子注入工艺对所述第二指定位置处的所述晶化Ge层进行离子注入形成N型掺杂区以在所述晶化Ge层中形成横向P-i-N结构；

去除整个衬底表面的剩余所述第二保护层，并在所述晶化Ge层的i区位置表面生长GeSn层；

在所述晶化Ge层的所述P型掺杂区和N型掺杂区表面形成接触区从而形成所述GeSn光电探测器。

在本发明的一个实施例中，在所述Si衬底表面连续生长Ge晶籽层和Ge主体层，包括：

在275℃～325℃温度下，利用CVD工艺在所述Si衬底表面生长厚度为40～50nm的所述Ge籽晶层；

在500℃～600℃温度下，利用CVD工艺在所述Ge籽晶层表面生长厚度为150～250nm的所述Ge主体层。

在本发明的一个实施例中，对整个衬底进行加热，并采用激光工艺晶化整个衬底，冷却后使所述Ge晶籽层和所述Ge主体层形成晶化Ge层，包括：

将包括所述Si衬底、所述Ge晶籽层、所述Ge主体层及所述保护层的整个衬底加热至650℃-750℃；

采用激光波长为808nm，激光光斑尺寸10mm×1mm，激光功率为1.5kW/cm²，激光移动速度为25mm/s对整个衬底进行晶化处理，自然冷却后形成所述晶化Ge层。

在本发明的一个实施例中，刻蚀第一指定位置处的所述保护层，并利用离子注入工艺对所述第一指定位置处的所述晶化Ge层进行离子注入形成P型掺杂区，包括：

采用第一掩膜版，利用各向异性刻蚀工艺刻蚀掉所述第一指定位置处的所述保护层以暴露出所述晶化Ge层；

利用离子注入工艺对所述第一指定位置处的晶化Ge层进行B离子注入以在所述晶化Ge层形成所述P型掺杂区。

在本发明的一个实施例中，刻蚀第二指定位置处的所述保护层，并利用离子注入工艺对所述第二指定位置处的所述晶化Ge层进行离子注入形成N型掺杂区以在所述晶化Ge层中形成横向P-i-N结构，包括：

采用第二掩膜版，利用各向异性刻蚀工艺刻蚀掉所述第二指定位置处的所述保护层以暴露出所述晶化Ge层；

利用离子注入工艺对所述第二指定位置处的晶化Ge层进行P离子注入以在所述晶化Ge层形成所述N型掺杂区，最终在所述晶化Ge层中形成所述横向P-i-N结构。

在本发明的一个实施例中，去除整个衬底表面的剩余所述保护层，并在所述晶化Ge层的i区位置表面生长GeSn层，包括：

去除整个衬底表面的剩余所述保护层；

采用退火工艺对所述晶化Ge层进行退火处理以激活所述晶化Ge层中所述N型掺杂区和所述P型掺杂区中的杂质；