[发明专利]生成锗结构的方法和包括锗结构的光学器件

说明书

本公开的各实施例涉及生成锗结构的方法和包括锗结构的光学器件。一种生成锗结构的方法，包括：对硅衬底和氧化层的组件执行外延沉积工艺，其中氧化层中的一个或多个沟槽暴露硅衬底的表面部分。外延沉积工艺包括在第一阶段将锗沉积到组件上，在第一阶段之后的第二阶段期间执行蚀刻工艺以从氧化层去除锗，并且重复第一阶段和第二阶段。因此，锗晶体在一个或多个沟槽中生长。一种光学器件包括由外延沉积工艺获取的锗结构的原始纹理化表面形成的光入射表面，而不需要在外延工艺之后处理锗结构的表面。

技术领域

本公开涉及用于生成锗结构的方法，并且具体地涉及一种适用于 光学器件的锗结构。此外，本公开涉及包括锗结构的光学器件。

背景技术

诸如光学传感器或光伏电池等光学器件被广泛使用。例如，诸如 小型化光谱仪或热成像相机等光学传感器越来越多地应用于多个领 域中，诸如消费品或汽车应用。通常，这种光学器件可以将光(诸如 可见光或红外光)的电磁能转换为电能，以产生能量或生成传感器信 号。

硅通常用作诸如光学检测器等光学器件的半导体材料。硅对波长 高达1100nm的光具有光学敏感性。可能存在用于光学器件的应用， 该光学器件允许在超过使用硅作为活性材料而可检测的波长范围的 更大波长范围内进行检测。特别地，在食品分析、医疗技术和材料分 析领域，材料的感兴趣吸收带在高达1.8μm的波长范围内。

由于其特性而适用于光学检测器的材料是锗。锗在高达1.8μm的 红外范围内(NIR＝近红外)具有高的吸收率。为了从硅半导体技术的 低成本中获益，存在将锗层与硅衬底集成的方法。挑战之一是在可接 受的时间范围内以足够的质量在硅层上生成锗层。由于硅和锗的晶格 常数不同，简单地在硅层上沉积锗层可能会导致锗层中的位错，这可 能会影响器件的电气性能。由于锗的成本比硅的成本高很多倍，因此 使用锗作为衬底材料通常不是一种选项。

为了减少锗层中的位错，在称为纵横比捕获(ART)的方法中， 在形成在硅层上的层(诸如氧化硅层)中蚀刻沟槽。沟槽具有高纵横 比，即沟槽的高度大于沟槽的宽度。通常，高度可以是宽度的三倍。 锗在沟槽中以及超出沟槽生长，从而在氧化硅层上形成锗层。纵横比 捕获的目标是锗层中的位错在沟槽的侧壁处的所生长的锗层中“外生 (outgrow)”。因此，锗沟槽中的位错随着高度的增加而减少。这 种技术是沉积纯锗厚层的基础，可用于光学应用。

在其他方法中，在将锗层沉积到硅层上时使用中间层以减少锗层 中的位错。这种中间层可以由具有从1％到100％的不同锗百分比的 Si_xGe_y形成。在沉积到硅衬底上的第一Si_xGe_y层中硅百分比可以是高 的，并且可以随着与硅衬底的距离的增加而降低，以实现均匀转变。 因此，在硅和锗之间的转变处的晶体结构中的应变可以减小并且较少 的生成延伸到锗层的、要被功能化的区域中的位错。这种中间层导致 更长的工艺时间和更复杂的工艺。

在其他方法中，循环温度工艺用于减少硅与锗之间的转变中的位 错。温度工艺在高达900℃的温度下执行，重复多达10次。除了锗层 的实际沉积之外的这些工艺步骤是成本密集的，并且增加了工艺的复 杂性。此外，从一个角度来看，这样的高温可能与使用标准CMOS 工艺的功能层的单片集成不兼容。

发明内容

本公开的实施例的目的是提供一种生成可用于光学器件的锗结 构的方法，使得可以通过不太复杂的工艺获取具有良好性能的光学器 件。本公开实施例的目的是提供一种对应的光学器件。