[发明专利]波导型GePb红外光电探测器及其制造方法

说明书

本发明涉及光电子技术领域，尤其涉及一种波导型GePb红外光电探测器及其制造方法。所述波导型GePb红外光电探测器，包括硅衬底以及均位于所述硅衬底表面的波导层和器件结构；所述器件结构包括沿垂直于所述硅衬底的方向依次叠置的下接触层、吸收层和上接触层，所述吸收层的材料为Ge_1‑xPb_x，其中，0x1；所述波导层中的光信号通过倏逝波耦合进入所述器件结构。本发明使得光电探测器在短波红外到中波红外波段都能实现高效吸收。

技术领域

本发明涉及光电子技术领域，尤其涉及一种波导型GePb红外光电探测器及其制造方法。

背景技术

光电探测器用途广泛，涵盖军事和国民经济的各个领域，如在可见光和短波红外波段主要用于射线测量和探测、工业自动控制、光度计量等。

红外光电探测器在通信、夜视、制导、天文观测、生物医疗等领域都有着广泛的应用。现今常用的红外探测器主要为Ⅲ-Ⅴ族材料光电探测器和Ⅱ-Ⅴ族材料光电探测器。然而，Ⅲ-Ⅴ族材料和Ⅱ-Ⅴ族材料存在与Si基CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor，互补金属氧化物半导体)标准工艺平台不兼容的问题，增加了器件成本，降低了器件可靠性。

相较于传统的Ⅲ-Ⅴ族红外光电探测器和Ⅱ-Ⅴ族红外光电探测器，IV族红外光电探测器因其在制备工艺上与Si基CMOS工艺兼容，具有体积小、易集成、低成本、高性能等潜在优势。基于Si衬底或者SOI(Silicon On Insulator，绝缘体上硅)衬底的Ge光电探测器在通讯及传感领域获得了广泛应用。然而，单一的Ge材料在波长大于1.55微米时，吸收系数急剧下降，这就使得Ge光电探测器无法满足短波红外乃至中红外波段的探测需求，从而限制了Ge光电探测器的探测范围。为此，现有技术中已经出现了垂直型GeSn红外光电探测器，用以解决Ge光电探测器无法满足短波红外乃至中红外波段的探测需求。但是，受限于Ge中极低的Sn固溶度，GeSn材料的外延生长极具挑战。

因此，如何拓宽Ge光电探测器的探测范围，是目前亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供一种波导型GePb红外光电探测器及其制造方法，用于解决现有的Ge光电探测器的探测范围较窄的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种波导型GePb红外光电探测器，包括硅衬底以及均位于所述硅衬底表面的波导层和器件结构；所述器件结构包括沿垂直于所述硅衬底的方向依次叠置的下接触层、吸收层和上接触层，所述吸收层的材料为Ge_1-xPb_x，其中，0x1；所述波导层中的光信号通过倏逝波耦合进入所述器件结构。

优选的，所述器件结构还包括：

位于所述下接触层与所述吸收层之间的第一缓冲层；

位于所述吸收层与所述上接触层之间的第二缓冲层。

优选的，所述第一缓冲层与所述第二缓冲层的材料均为Ge或者SiGe。

优选的，所述波导层的材料为硅；所述下接触层的材料为具有第一掺杂离子的硅材料；所述上接触层的材料为具有第二掺杂离子的Ge材料，且所述第二掺杂离子与所述第一掺杂离子的导电类型相反。

优选的，0.001x0.02。

为了解决上述问题，本发明还提供了一种波导型GePb红外光电探测器的制造方法，包括如下步骤：

提供硅衬底；

形成波导层于所述硅衬底表面；

形成器件结构于所述硅衬底表面，所述器件结构包括沿垂直于所述硅衬底的方向依次叠置的下接触层、吸收层和上接触层，所述吸收层的材料为Ge_1-xPb_x，其中，0x1；所述波导层中的光信号通过倏逝波耦合进入所述器件结构。