[发明专利]增强型光电探测器衬底的制备方法、其产物及增强型III-V光电探测器

说明书

本发明揭示了增强型光电探测器衬底的制备方法、其产物及增强型III‑V光电探测器，本方法利用硅（001）衬底材料的各向异性特点，在硅（001）衬底上形成特定周期的倒三角凹槽，并填充III‑V材料种子层，得到增反结构，可以有效的对正面透过探测器的光进行反射，使光再次通过器件的有源区，达到增强光吸收效率的目的，起到增强探测信号，提高信噪比的作用，本方案利用光栅对特定波长光波的调制作用以及硅基三五集成应用特点，有效克服了硅晶体直接与III‑V材料的晶格失配导致的反向畴边界问题，为硅（001）衬底与III‑V面阵器件的集成创造了有利条件，有利于改善器件的质量。

技术领域

本发明涉及光电探测器领域，尤其是增强型光电探测器衬底的制备方法、其产物及增强型III-V光电探测器。

背景技术

III-V探测器在生活中具有广泛的应用，包括红外测温仪，热成像仪，气体探测器等，同时面阵探测器，面阵激光器已经成功应用到生活及航空航天等领域，而为获得高质量器件。

PN结型探测器的核心传感层是由P型半导体和N型半导体构成的PN结，当适当频率的光照射探测器的PN异质结区时，光生载流子在PN结区内建电场的作用下在外电路形成光电流，从而实现光电探测功能。

常规的III-V探测器，光往往只能经过一次有源区，因而光吸收效率相对较低，导致信号强度及信噪比较低。

同时，目前市场上的III-V探测器的结构使用同质外延的方法，即其衬底材料采用与探测器结构同质的GaAs，InP等衬底，这样可以有效的避免异质衬底由于晶格差异带来的各种问题。

但是，GaAs，InP等衬底的价格高昂，这就使得相应III-V探测器的制备成本较高，并且，GaAs，InP等衬底尺寸较大，不能与电路集成。

而Si衬底由于具有成熟的制备工艺，高的结晶质量，以及低廉的价格，因此可以用于制作III-V探测器，但是由于其与III-V族化合物存在较大的晶格失配及热失配，会在生长过程中产生大量的穿透位错，存在反向畴边界问题，大大降低了III-V器件性能。

发明内容

本发明的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提供一种通过在硅（001）衬底上设置增反结构，从而使光再次经过有源区从而提高光吸收率的增强型光电探测器衬底的制备方法、其产物及增强型III-V光电探测器。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

增强型光电探测器衬底的制备方法，包括如下步骤：

S1，在硅（001）衬底的上表面制备一层掩膜层得到第一中间体；所述掩膜层上形成一组按一定的周期分布且沿硅（001）衬底的110晶向延伸的方形凹槽，所述方形凹槽至少从所述掩膜层的顶面延伸至硅（001）衬底的上表面；

S2，将所述第一中间体置入刻蚀溶液中浸泡，直至硅（001）衬底的外漏的上表面形成与每个方形凹槽对应的倒三角凹槽后取出清洗得到第二中间体，所述倒三角凹槽的顶边的两端延伸到方形凹槽的两侧；

S3，将所述第二中间体置于稀释的氢氟酸溶液中浸泡后取出清洗得到第三中间体；

S4，在所述第三中间体的倒三角凹槽内沉积得到Ⅲ-V材料种子层，得到第四中间体，所述Ⅲ-V材料种子层包括由下至上依次设置的缓冲层、过渡层及高温层，所述Ⅲ-V材料种子层的表面与所述硅（001）衬底的上表面平齐；

S5，将所述第四中间体置于氢氟酸溶液中浸泡去除掩膜层得到最终的衬底。

优选的，所述的增强型光电探测器衬底的制备方法中，所述掩膜层的厚度在500纳米～1.5微米之间，且在温度低于1000℃时不分解。

优选的，所述的增强型光电探测器衬底的制备方法中，所述方形凹槽的宽度D在（0.8～0.9）P之间，其中P为方形凹槽的周期宽度。