[发明专利]一种吸收增强型硅基光电探测器及其制备方法

说明书

本发明提供了一种吸收增强型硅基光电探测器及其制备方法，包括SOI衬底、波导以及SOI衬底上的光电探测器，光电探测器包括P型接触层、吸收层、N型接触层以及位于P型接触层和N型接触层之上的金属电极；所述SOI衬底从下至上为背衬底硅层、压应变氮化硅层以及顶硅层；所述N型接触层由向顶硅层局部区域中注入杂质后转化而来；顶硅层经过刻蚀得到所述波导，波导末端与N型接触层连接；所述SOI衬底中位于N型接触层两侧的顶硅层、氮化硅层以及背衬底硅层上表面部分通过刻蚀去除。本发明提出的探测器与III‑V族红外光电探测器相比，Ge探测器容易与Si集成；与传统Ge探测器相比，拥有更广的探测范围；与其他四族材料，如Sn，Pb等引入相比，氮化硅与CMOS完全兼容。

技术领域

本发明涉及半导体领域，特别涉及一种吸收增强型硅基光电探测器及其制备方法。

背景技术

光电探测器是半导体光电子器件领域的关键器件之一，近年来被广泛应用于光通信、光学传感、光学成像、自动驾驶等领域。尤其在光学传感、远距离成像等应用领域中，不仅要求光电探测器具有高的响应度、高的速率，而且要求器件具有宽的光谱范围。

由于光电探测器的光谱响应范围是受探测器材料的禁带宽度以及光生载流子的寿命限制的，因此目前常用的半导体光电探测器仅能工作在一定的波长范围内，如近红外波段，可见光波段等，目前没有成熟的L、U波段Ge光电探测器产品。学术上，目前主要通过在Ge中引入Sn、Pb等其他四族元素增加Ge探测器吸收范围，引入其他元素后与CMOS的兼容性有很大问题，所以目前没有CMOS线采用。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，提供了一种吸收增强型硅基光电探测器及其制备方法，相较于传统的III-V族和II-V族红外探测器，IV族红外探测器因其制备工艺与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SOI衬底的Ge探测器在通讯及传感领域获得了广泛的应用。通过在Ge中引入拉应变，可以进一步延伸探测器的探测范围，使其用于L波段与U波段通信。氮化硅是CMOS兼容材料，通过在底部引入氮化硅，可以有效增加Ge层中应力的引入。

本发明采用的技术方案如下：一种吸收增强型硅基光电探测器，包括SOI衬底、波导以及SOI衬底上的光电探测器，光电探测器包括P型接触层、吸收层、N型接触层以及位于P型接触层和N型接触层之上的金属电极；所述SOI衬底从下至上为背衬底硅层、压应变氮化硅层以及顶硅层；所述N型接触层由向顶硅层局部区域中注入杂质后转化而来；顶硅层经过刻蚀得到所述波导，波导末端与N型接触层连接；所述SOI衬底中位于N型接触层两侧的顶硅层、压应变氮化硅层以及背衬底硅层上表面部分通过刻蚀去除，通过对压应变氮化硅层与衬底硅刻蚀，SiN中压应变释放会在吸收层中引入拉应变，吸收层在L与U波段吸收增强。

进一步的，所述吸收层由Ge材料构成。

进一步的，所述压应变氮化硅层应变1GPa到3Gpa。

进一步的，所述P型接触层为在吸收层上选择性外延生长后离子注入形成的P型Ge接触层。

进一步的，所述波导末端宽度大于波导本体宽度。

本发明还提供了一种吸收增强型硅基光电探测器的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、在硅衬底上注入氢离子；

步骤2、在注入氢离子的硅衬底正面和方面沉积压应变氮化硅；

步骤3、晶圆键合；

步骤4、通过Smart cut与CMP工艺完成背衬底硅层-压应变氮化硅层-顶硅层的SOI衬底制备；

步骤5、在SOI衬底的背衬底硅层表面沉积压一层应变氮化硅；

步骤6、通过光刻及干刻蚀顶硅层制备波导；