一種鍺硅光電探測(cè)器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光纖通信中的光電探測(cè)器領(lǐng)域，具體涉及的是一種鍺硅光電探測(cè)器。
【背景技術(shù)】
[0002]在光纖通信中，光接收器是必不可少的關(guān)鍵器件之一，在目前的光纖通信的市場(chǎng)上，基于三五族化合物的光電探測(cè)器以其優(yōu)異的特性占據(jù)著較大的比重，其中包括InGaAs/InP，InSb等光電探測(cè)器。但是三五族化合物的光電探測(cè)器也有著較多的劣勢(shì)，比如一些材料生長(zhǎng)襯底對(duì)環(huán)境要求較高需要高要求的氣密性而且器件往往難于封裝和集成。在近幾年，基于鍺硅材料的光電探測(cè)器逐漸成為研究熱點(diǎn)，相對(duì)三五族化合物它有著較多的優(yōu)點(diǎn):
(1)鍺硅光電探測(cè)器是做在硅襯底上的，材料硅性能穩(wěn)定；(2)可以利用成熟硅的CMOS工藝便于后期的集成和封裝；(3)材料硅有著較低的K值，當(dāng)制作雪崩光電探測(cè)器可以獲得較低的器件噪聲從而可以提高器件的性能。
[0003]在光纖通信較高的響應(yīng)度和較高的響應(yīng)速率一直是主要的目的，這兩者在很大程度上與器件的光敏面積的大小有關(guān)，為了提高器件的響應(yīng)速率，需要較少器件的光敏面積以減小器件的結(jié)電容，但是光敏面積的減小導(dǎo)致了器件的響應(yīng)度大大的降低，在傳統(tǒng)器件的設(shè)計(jì)中，往往綜合這兩個(gè)方面的考慮尋求最佳的面積，通過(guò)合適的設(shè)計(jì)，在器件的周?chē)翦兌鄬咏饘?，為了保持金屬的良好的?dǎo)電性厚度一般在lOOnm以上，從而擋住了光的入射，這樣導(dǎo)致了有源區(qū)實(shí)際的受光面積變小，降低了器件的響應(yīng)度，同時(shí)較厚金屬電極往往增加了生產(chǎn)成本。
[0004]石墨烯材料自從在2004年被成功制備出來(lái)，以其高透光率，高載流子迀移率迅速成為研究熱點(diǎn)，但是由于在生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)移過(guò)程中石墨烯受到了破壞，導(dǎo)致其載流子迀移率較低，方塊電阻較高，實(shí)際的制備出來(lái)石墨烯的質(zhì)量無(wú)法與金屬電極相比，所制備出來(lái)的器件的性能也較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明提供一種鍺硅光電探測(cè)器及制備方法，所采用的電極是石墨烯和金屬網(wǎng)格復(fù)合電極，用以解決傳統(tǒng)光電探測(cè)器不透明金屬電極導(dǎo)致光電探測(cè)率變低等問(wèn)題，所制備的石墨烯與金屬網(wǎng)格的復(fù)合電極具有較高的透光率和較低的方塊電阻，達(dá)到了傳統(tǒng)的金屬電極的性能，同時(shí)石墨烯是通過(guò)鼓泡法轉(zhuǎn)移出來(lái)的，實(shí)現(xiàn)了襯底的重復(fù)利用，有效地降低了生產(chǎn)成本，為以后產(chǎn)業(yè)化發(fā)展提供了方向。
[0006]為了解決上述的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
本發(fā)明所述的一種鍺硅光電探測(cè)器，所述器件結(jié)構(gòu)包括在P型摻雜的Si襯底依次外延非摻雜的Si緩沖層，P型重?fù)诫sGe層，:1型66層作為吸收層，N型重?fù)诫sGe層;所述N型重?fù)诫sGe層上設(shè)置Si帽層；刻蝕形成臺(tái)面所述的P型重?fù)诫sGe層上設(shè)置鈍化層;所述鈍化層上開(kāi)孔，在通孔內(nèi)壁設(shè)置金屬電極作為第一電極;所述Si帽層上設(shè)置金屬銀層，石墨烯層，作為外電路連接的第二金屬電極層，增透膜層。
[0007]優(yōu)選地，所使用的金屬網(wǎng)格的材料為銀，金屬網(wǎng)格的大小為200umX200um，線寬為5um0
[0008]優(yōu)選地，所選用的石墨烯是單層或者多層石墨烯。
[0009]優(yōu)選地，所述的金屬網(wǎng)格層和石墨烯層組合成復(fù)合透明電極，上面設(shè)置的第二電極層為外電路連接所用。
[0010]本發(fā)明所述的光電探測(cè)器的制備方法，包括如下步驟:
51、選用一塊弱P型摻雜的Si襯底，通過(guò)分子束外延的方法，依次在表面生長(zhǎng)出非摻雜的Si緩沖層，P型重?fù)诫sGe層，:[型66層作為吸收層，N型重?fù)诫sGe層，Si帽層；
52、刻蝕出臺(tái)面，蒸鍍一層鈍化層；
53、刻蝕鈍化層形成開(kāi)孔電極區(qū)域，鍍金屬作為第一電極；
54、在外延片的表面蒸鍍一層金屬銀層，然后通過(guò)光刻，濕法腐蝕出金屬網(wǎng)格；
55、選用一塊干凈的金屬鈾片，放入化學(xué)氣相沉積反應(yīng)室，通入甲燒和氫氣，生長(zhǎng)出石墨烯;
56、通過(guò)鼓泡轉(zhuǎn)移的方法，將石墨烯轉(zhuǎn)移至具有金屬網(wǎng)格的外延片，金屬鉑片可以再次回收利用；
57、蒸鍍一層金屬層，作為連接外電路連接第二電極；
58、蒸鍍一層增透膜層。
[0011 ]優(yōu)選地，步驟S4中，所使用的金屬網(wǎng)格的材料為銀，金屬網(wǎng)格的大小為200um X200um，線寬為5um。
[0012]優(yōu)選地，步驟S5中，所選用的石墨烯是單層或者多層石墨烯。
[0013]優(yōu)選地，步驟S6中，所述的金屬網(wǎng)格層和石墨烯層組合成復(fù)合透明電極，上面設(shè)置的第二電極層為外電路連接所用。
[0014]上述技術(shù)方案可以看出，由于本發(fā)明用了石墨烯與金屬網(wǎng)格復(fù)合電極，獲得了高質(zhì)量的透明電極，避免了傳統(tǒng)不透明厚金屬占用光敏區(qū)的缺點(diǎn)，顯著的提高了光電探測(cè)器的光譜響應(yīng)度和耦合效率;同時(shí)通過(guò)鼓泡法轉(zhuǎn)移石墨烯，實(shí)現(xiàn)了金屬襯底的重復(fù)利用，降低了生長(zhǎng)成本。
[0015]【附圖說(shuō)明】:
為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明，需要說(shuō)明的是，附圖只是為了便于理解，并不是與實(shí)際結(jié)構(gòu)等比例的，其中:
圖1-圖8是本發(fā)明所述的鍺硅光電探測(cè)器在制備過(guò)程中的結(jié)構(gòu)示意圖，圖中附圖標(biāo)記表示為:Ι-Si襯底，2-Si緩沖層，3-P型Ge層，4-本征Ge層，5-N型Ge層，6_Si帽層，7_Si02鈍化層，8-第一金屬電極層，9-金屬銀網(wǎng)格層，10-石墨烯層，11-第二金屬電極層，12-增透膜層。
[0016]實(shí)施例:
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0017]本發(fā)明可以以許多不同的形式實(shí)施，而不應(yīng)該被理解為限于在此闡述的實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例，使得本公開(kāi)將是徹底和完整的，并且將把本發(fā)明的構(gòu)思充分傳達(dá)給本領(lǐng)域技術(shù)人員，本發(fā)明將僅由權(quán)利要求來(lái)限定。
[0018]所述一種鍺硅光電器的制備方法包括如下步驟:
S1、如圖1所示，選用一塊干凈的弱P型