本實用新型屬于半導體器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種探測范圍可調(diào)的IV族紅外光電探測器。

背景技術(shù)：

光電探測器通常在低溫環(huán)境下工作，其對環(huán)境溫度非常敏感。溫度較小的增加將引起暗電流的急劇增大，影響探測器的應用。故一般需要對其進行冷卻，以提高準確度。高質(zhì)量Ge單晶材料作為高靈敏近紅外光電探測器的主要材料已經(jīng)有很多年了，但是其對環(huán)境要求十分苛刻，對于這樣的探測器一般需要冷卻到77K以減小暗電流，這就使得其非常昂貴并且限制了其使用。

現(xiàn)今常用的近紅外光電探測器為III-V族材料光電探測器，III-V族和硅混合集成是一個比較好的方案。然而III-V族材料存在與SiCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor,互補金屬氧化物半導體)標準工藝平臺不兼容，降低了器件性能。即使實現(xiàn)了在Si片上集成了III-V族材料光電探測器，但是這增加了成本，并且增加了工藝復雜度。

因此，如何制作一種低成本，工藝簡單，可在高溫下連續(xù)穩(wěn)定工作，且探測范圍可調(diào)的紅外光電探測器就變得尤為重要。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本實用新型提供了一種探測范圍可調(diào)的IV族紅外光電探測器。

具體地，本實用新型的一個實施例提供了一種探測范圍可調(diào)的IV族紅外光電探測器，所述紅外光電探測器包括：Ge襯底、GeSiSn緩沖層、Ge/GeSiSn多量子阱結(jié)構(gòu)、Ge接觸層、氧化層、金屬電極。

在本實用新型的一個實施例中，所述Ge/GeSiSn多量子阱結(jié)構(gòu)包括N個Ge/GeSiSn量子阱結(jié)構(gòu)層，所述Ge/GeSiSn量子阱結(jié)構(gòu)層從下向上包括Ge層和GeSiSn層。

在本實用新型的一個實施例中，所述N滿足：10≤N≤25。

在本實用新型的一個實施例中，所述Ge/GeSiSn多量子阱結(jié)構(gòu)的厚度為200～750nm。

在本實用新型的一個實施例中，所述Ge/GeSiSn量子阱結(jié)構(gòu)層中所述Ge層的厚度為10～12nm。

在本實用新型的一個實施例中，所述Ge/GeSiSn量子阱結(jié)構(gòu)層中所述GeSiSn層的厚度為12～15nm。

在本實用新型的一個實施例中，所述Ge/GeSiSn量子阱結(jié)構(gòu)層中的Ge為本征Ge。

在本實用新型的一個實施例中，所述Ge接觸層的厚度為50～100nm。

在本實用新型的一個實施例中，所述光電探測器還包括氧化層和金屬電極，所述氧化層位于所述Ge接觸層和所述緩沖層上，所述金屬電極分別與所述Ge接觸層和所述緩沖層接觸。

在本實用新型的一個實施例中，所述氧化層為SiO₂材料。

通過以下參考附圖的詳細說明，本實用新型的其它方面和特征變得明顯。但是應當知道，該附圖僅僅為解釋的目的設計，而不是作為本實用新型的范圍的限定，這是因為其應當參考附加的權(quán)利要求。還應當知道，除非另外指出，不必要依比例繪制附圖，它們僅僅力圖概念地說明此處描述的結(jié)構(gòu)和流程。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例提供的一種范圍可調(diào)的IV族光電探測器器件結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2a-圖2f為本實用新型實施例提供的一種范圍可調(diào)的IV族光電探測器制備方法示意圖；

具體實施方式

下面結(jié)合具體實施例對本實用新型做進一步詳細的描述，但本實用新型的實施方式不限于此。

實施例一

請參見圖1，圖1為本實用新型實施例提供的一種范圍可調(diào)的IV族光電探測器器件結(jié)構(gòu)示意圖，具體地，所述紅外光電探測器包括：Ge襯底、GeSiSn緩沖層、Ge/GeSiSn多量子阱結(jié)構(gòu)、Ge接觸層、氧化層、金屬電極。

具體地，所述Ge/GeSiSn多量子阱結(jié)構(gòu)包括N個Ge/GeSiSn量子阱結(jié)構(gòu)層，所述Ge/GeSiSn量子阱結(jié)構(gòu)層從下向上包括Ge層和GeSiSn層。

其中，所述Ge/GeSiSn量子阱結(jié)構(gòu)為光電探測器的吸收層，是器件工作的主要區(qū)域。所述Ge/GeSiSn多量子阱將載流子限制在量子阱中，大大減小了電子空穴對的復合作用，從而減小了光電探測器的暗電流。

其中，所述N滿足：10≤N≤25。

具體地，所述Ge/GeSiSn多量子阱結(jié)構(gòu)的厚度為200～750nm。

具體地，所述Ge/GeSiSn量子阱結(jié)構(gòu)層中所述Ge層的厚度為10～12nm。

具體地，所述Ge/GeSiSn量子阱結(jié)構(gòu)層中所述GeSiSn層的厚度為12～15nm。

具體地，所述Ge/GeSiSn量子阱結(jié)構(gòu)層中的Ge為本征Ge。

其中，所述Ge接觸層的厚度為50～100nm。

其中，所述光電探測器還包括氧化層和金屬電極，所述氧化層位于所述Ge接觸層和所述緩沖層上，所述金屬電極分別與所述Ge接觸層和所述緩沖層接觸。

優(yōu)選地，所述氧化層為SiO₂材料。

如圖1所述，所述探測范圍可調(diào)的IV族紅外光電探測器電場方向和入射光方向是相互垂直的，這避免了電場對入射光的影響，提高了效率。

本實施例制造的紅外光電探測器，通過采用Ge/GeSiSn多量子阱結(jié)構(gòu)能夠克服目前異質(zhì)材料晶格失配的問題，高效，解決了近紅外光電探測器大暗電流、無法在高溫下連續(xù)工作問題。

實施例二

請參見圖2a-圖2f，為本實用新型實施例提供的一種范圍可調(diào)的IV族光電探測器制備方法示意圖，該制備方法包括如下步驟：

(a)請參見圖2a，選取N型Ge襯底；

(b)請參見圖2b，在280℃～300℃，利用超高真空化學氣相沉積(ultrahigh vacuum chemical vapor deposition，簡稱UHV-CVD)工藝，在所述N型Ge襯底上形成N型GeSiSn緩沖層；

其中，所述N型GeSiSn緩沖層包括組分為0～0.15的Ge，組分為0～0.20的Sn，所述Ge和所述Sn的組分從下到上組分依次增加，提高了晶格質(zhì)量能有效地抑制暗電流。N型GeSiSn緩沖層摻雜雜質(zhì)為磷元素，摻雜濃度為1×10¹⁸～1×10¹⁹cm^-3。例如，所述N型GeSiSn緩沖層中Ge的組分從下到上依次為0.05、0.08，0.15，所述N型GeSiSn緩沖層中Sn的組分從下到上依次為0.02、0.10、0.15。

(c)請參見圖2c，在280℃～300℃，利用UHV-CVD工藝，在所述N型GeSiSn緩沖層上形成所述Ge/GeSiSn量子阱結(jié)構(gòu)；

其中，所述Ge/GeSiSn量子阱結(jié)構(gòu)層包括組分為0.05～0.15的Si，組分為0.10～0.20的Sn，根據(jù)具體應用場景，可以分別調(diào)節(jié)所述Si、所述Sn的組分，通過調(diào)節(jié)Si、Sn的組分以此在量子阱中引入應力調(diào)節(jié)帶隙而進一步調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)探測波長和擴展探測能力。

具體地，步驟(c)包括：

(c1)在280℃～300℃，利用UHV-CVD生長工藝，在所述N型GeSiSn緩沖層上形成Ge層；

(c2)在280℃～300℃，利用UHV-CVD生長工藝，在所述Ge層上形成GeSiSn層；

(c3)重復生長所述Ge層和所述GeSiSn層，最終在所述N型GeSiSn緩沖層上形成所述Ge層、所述GeSiSn層周期排列的所述Ge/GeSiSn量子阱結(jié)構(gòu)。

(d)請參見圖2d，在280℃～300℃，利用UHV-CVD工藝，在所述Ge/GeSiSn量子阱結(jié)構(gòu)上形成P型Ge接觸層；

(e)請參見圖2e，在280℃～300℃，利用UHV-CVD工藝，在所述P型Ge接觸層上形成SiO₂層；

(f)請參見圖2d,金屬化并光刻引線形成所述紅外光電探測器。

具體地，步驟(f)包括:

(f1)在所述SiO2上光刻形成金屬接觸窗口；

(f2)在所述金屬接觸窗口內(nèi)沉積金屬材料；

(f3)在所述金屬材料上光刻引線以形成所述紅外光電探測器。

綜上所述，本文中應用了具體個例對本實用新型一種探測范圍可調(diào)的IV族紅外光電探測器進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本實用新型的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本實用新型的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應理解為對本實用新型的限制，本實用新型的保護范圍應以所附的權(quán)利要求為準。