應(yīng)變SiGeSn鰭型光電探測器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種應(yīng)變SiGeSn鰭型光電探測器，主要解決現(xiàn)有光電探測器中材料毒性大、成本高的問題。其自下而上包括：下電極(102)、吸收區(qū)(103)、上電極(104)和應(yīng)力薄膜(105)；吸收區(qū)(103)采用空隙與SiGeSn復(fù)合材料相交錯構(gòu)成的鰭型結(jié)構(gòu)，該SiGeSn復(fù)合材料在襯底(101)上外延不同組分的Ge和Sn獲得，其通式為Si1-x-yGeySnx，其中0≤x≤0.25，0≤y≤0.75；應(yīng)力薄膜(105)包裹在吸收區(qū)(103)的側(cè)面和上電極(104)表面。本發(fā)明通過應(yīng)力薄膜(105)在SiGeSn復(fù)合材料中產(chǎn)生的應(yīng)變改變吸收區(qū)(103)帶隙，提高了探測器的光譜響應(yīng)范圍。
【專利說明】
應(yīng)變SiGeSn鰭型光電探測器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微電子器件【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及光電探測器，具體是一種應(yīng)變SiGeSn鰭型光電探測器，可用于光電探測。

【背景技術(shù)】
[0002]紅外波段包含眾多特征譜線，工作在該波段的探測器在通信技術(shù)、軍事、國防、消防、醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測、自動影像等很多方面有著重要的應(yīng)用。目前，用于的紅外探測器的半導(dǎo)體材料，包括II1-V族材料InGaAs，GaInAsSb, InGaSb等，I1-VI材料HgCdTe和IV族材料Ge，GeSn等。InGaAs探測器在近紅外波段性能優(yōu)異，HgxCd1^xTe長波長紅外探測器是目前性能最好的中紅外探測器，通過調(diào)節(jié)材料中Hg的組分可以實(shí)現(xiàn)帶隙0-0.SeV的連續(xù)可調(diào)。然而無論II1-V族或者I1-VI族材料，本身都會引起環(huán)境問題，成本非常高，而且與Si基技術(shù)不兼容。
[0003]Ge在1.3-1.55 μ m波段范圍內(nèi)有很高的吸收效率，且可以直接在Si基長出高質(zhì)量Ge薄膜，使得高性能Ge被認(rèn)為近紅外探測器的最佳備選材料。室溫下，Ge直接帶隙為0.80eV,因此Ge探測器吸收邊在1.55 μ m左右，不能覆蓋中紅外波段?？梢酝ㄟ^引入Sn來改變Ge基探測器的吸收邊。GeSn合金具有比Ge更小的帶隙，因此吸收邊可以進(jìn)一步紅移。從理論上說增加Sn的組分可以使GeSn材料的帶隙減小到零,但由于Sn在Ge中的固溶度很低，即小于1%，因此很難制備高質(zhì)量、無缺陷的高Sn組分的GeSn?，F(xiàn)在用外延生長的方法也只能制備出Sn組分為20%的GeSn材料。并且隨著Sn組分的增加，材料質(zhì)量和熱穩(wěn)定型都會變差，因此單純依靠提高Sn的組分實(shí)現(xiàn)較大范圍帶隙的調(diào)節(jié)比較困難。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對上述已有技術(shù)的不足，提供一種應(yīng)變SiGeSn鰭型光電探測器，以減小光電探測器原材料毒性，增大探測器的吸收譜波長范圍。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的應(yīng)變SiGeSn鰭型光電探測器，包括下電極102、吸收區(qū)103、上電極104和應(yīng)力薄膜105，其特征在于:吸收區(qū)103采用由SiGeSn復(fù)合材料構(gòu)成的鰭型結(jié)構(gòu)，應(yīng)力薄膜105位于吸收區(qū)103的表面。
[0006]上述光電探測器，其特征在于，所述SiGeSn復(fù)合材料，是在襯底101上外延GeSn材料獲得，其通式為Si^GeySnx，其中O彡x彡0.25，O彡y彡0.75。
[0007]上述光電探測器，其特征在于，所述SiGeSn復(fù)合材料采用單層結(jié)構(gòu)。
[0008]上述光電探測器，其特征在于，所述SiGeSn復(fù)合材料，采用多層結(jié)構(gòu)，每層的Ge、Sn組分不同；
[0009]上述光電探測器，其特征在于，所述鰭型結(jié)構(gòu)，是由空隙與SiGeSn復(fù)合材料相交錯而構(gòu)成。
[0010]上述光電探測器，其特征在于，應(yīng)力薄膜105部分包覆在吸收區(qū)103和電極104的表面。
[0011]上述光電探測器，其特征在于，應(yīng)力薄膜105全部包覆在吸收區(qū)103和電極104的表面。
[0012]上述光電探測器，其特征在于，包覆在吸收區(qū)103的表面的應(yīng)力薄膜105采用單層結(jié)構(gòu)
[0013]上述光電探測器，其特征在于，包覆在吸收區(qū)103的表面的應(yīng)力薄膜105采用多層結(jié)構(gòu)。
[0014]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0015]1、提高了吸收區(qū)材料帶隙調(diào)節(jié)效果
[0016]本發(fā)明由于采用SiGeSn有源區(qū)材料，并通過應(yīng)力薄膜在吸收區(qū)中弓丨入應(yīng)變，從而改變吸收區(qū)材料帶隙，在不改變吸收區(qū)材料組分的情況下，可以有效調(diào)節(jié)器件吸收波長范圍，同時在應(yīng)力薄膜中應(yīng)力和厚度確定的情況下，還可以通過減小鰭型結(jié)構(gòu)的厚度來增加鰭型吸收區(qū)的應(yīng)變，從而增強(qiáng)吸收區(qū)材料帶隙調(diào)節(jié)效果。
[0017]2、使用的材料更為低廉、環(huán)保
[0018]本發(fā)明中使用的材料全為IV族材料，同現(xiàn)有的II1-V族材料和I1-VI材料相比，IV族材料無毒、廉價。同時，目前半導(dǎo)體制造工業(yè)中的生產(chǎn)設(shè)備是針對Si材料設(shè)計(jì)的，如果使用II1-V族材料和I1-VI材料，則需要對現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行替換。而使用Si材料以及與Si材料同族的其他IV族材料，可以在不改變現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備情況下，制備出SiGeSn鰭型光電探測器，因而該SiGeSn鰭型光電探測器具有更低的成本。
[0019]相比其他光電探測器，本發(fā)明使用SiGeSn材料作為有源區(qū)材料的鰭型結(jié)構(gòu)的光電探測器具有更好的應(yīng)用前景。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明應(yīng)變SiGeSn探測器的第一實(shí)例結(jié)構(gòu)圖；
[0021]圖2為本發(fā)明應(yīng)變SiGeSn探測器的第二實(shí)例結(jié)構(gòu)圖；
[0022]圖3為本發(fā)明應(yīng)變SiGeSn探測器的截面結(jié)構(gòu)圖。

【具體實(shí)施方式】
[0023]為了使本發(fā)明的目的及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0024]實(shí)施例1，雙層結(jié)構(gòu)吸收區(qū)，單層結(jié)構(gòu)應(yīng)力層的應(yīng)變SiGeSn鰭型光電探測器
[0025]參照圖1，本實(shí)例自下而上包括:下電極102、吸收區(qū)103和上電極104。其中下電極極102采用弛豫η型Ge材料，上電極104采用弛豫ρ型Ge材料，吸收區(qū)103采用雙層弛豫本征SiGeSn復(fù)合材料，且與空隙交錯排列，形成的鰭型結(jié)構(gòu)；該上電極104位于吸收區(qū)103的上表面，其形狀與吸收區(qū)103的鰭型形狀相同。上電極104的表面和吸收區(qū)103的部分側(cè)面包裹有單層Si3N4應(yīng)力薄膜105，如圖3所示。通過應(yīng)力薄膜在吸收區(qū)103中產(chǎn)生應(yīng)力，以調(diào)整吸收區(qū)103的帶隙，提高吸收區(qū)103吸收譜波長范圍。
[0026]所述雙層弛豫本征SiGeSn復(fù)合材料，是在襯底101上外延不同組分的Ge和Sn構(gòu)成獲得，其通式為Si1IyGeySnx,其中第一層弛豫本征Si1IyGeySnx復(fù)合材料的組分為χ =0.05, y = O,第二層弛豫本征Si1IyGeySnx復(fù)合材料的組分為χ = 0.25, y = 0.75。
[0027]實(shí)施例2，單層結(jié)構(gòu)吸收區(qū)，雙層結(jié)構(gòu)應(yīng)力層的應(yīng)變SiGeSn鰭型光電探測器。
[0028]參照圖2，本實(shí)例自下而上包括:下電極102、吸收區(qū)103、上電極104和雙層應(yīng)力薄膜105。其中下電極極102采用弛豫η型Si材料；吸收區(qū)103位于下電極102之上，該吸收區(qū)103采用單層弛豫本征SiGeSn復(fù)合材料，且與空隙交錯排列，形成的鰭型結(jié)構(gòu)；上電極104采用弛豫ρ型Si材料，位于吸收區(qū)103的上表面，其形狀與吸收區(qū)103的鰭型形狀相同；雙層應(yīng)力薄膜105將上電極104和吸收區(qū)103的側(cè)面完全包裹，以在吸收區(qū)103中產(chǎn)生應(yīng)力，從而調(diào)整吸收區(qū)103的帶隙，實(shí)現(xiàn)對吸收區(qū)103吸收譜波長范圍的擴(kuò)展。
[0029]所述單層弛豫本征SiGeSn復(fù)合材料，是在襯底101上外延不同組分的Ge和Sn構(gòu)成獲得，其通式為Si1IyGeySnx,其中第一層弛豫本征Si1IyGeySnx復(fù)合材料的組分為χ =0.05，y = 0.2。
[0030]所述雙層應(yīng)力薄膜105，是通過外延技術(shù)先在上電極104的所有表面和吸收區(qū)103的側(cè)表面生長一層S12薄膜，并再在S12薄膜上外延生長一層SiC獲得
[0031]實(shí)施例3，單層結(jié)構(gòu)吸收區(qū)，單層結(jié)構(gòu)應(yīng)力層的應(yīng)變SiGeSn鰭型光電探測器
[0032]參照圖1，本實(shí)例自下而上包括:下電極102、吸收區(qū)103和上電極104。其中下電極極102采用弛豫η型多晶硅材料，上電極104采用弛豫ρ型多晶硅材料，吸收區(qū)103采用單層弛豫本征SiGeSn復(fù)合材料，且與空隙交錯排列，形成的鰭型結(jié)構(gòu)；該上電極104的形狀與吸收區(qū)103的鰭型形狀相同。上電極104的表面和吸收區(qū)103的部分側(cè)面包裹有單層應(yīng)力薄膜105，如圖3所示。該應(yīng)力薄膜在吸收區(qū)103中產(chǎn)生應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)對吸收區(qū)103的帶隙調(diào)整，提高吸收區(qū)103吸收譜波長范圍。
[0033]所述單層弛豫本征SiGeSn復(fù)合材料，是在襯底101上外延不同組分的Ge和Sn構(gòu)成獲得，其通式為SinyGeySnx，其中第一層弛豫本征Si1^GeySnx復(fù)合材料的組分為為χ =0.05，y = 0.15ο
[0034]上述實(shí)例的下電極102和上電極104不限于Ge、Si和多晶硅，其可采用任意的半導(dǎo)體材料。
[0035]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種應(yīng)變SiGeSn鰭型光電探測器，自下而上包括:下電極(102)、吸收區(qū)(103)和上電極(104)，其特征在于:吸收區(qū)(103)采用由SiGeSn復(fù)合材料構(gòu)成的鰭型結(jié)構(gòu)，吸收區(qū)(103)的側(cè)表面和上電極(104)的上表面包裹有應(yīng)力薄膜(105)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)變SiGeSn鰭型光電探測器，其特征在于，所述SiGeSn復(fù)合材料，是在襯底(101)上外延不同組分的Ge和Sn構(gòu)成，其通式為SimGeySnx，其中O 彡 X 彡 0.25,0 ^ y ^ 0.75。
3.如權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)變SiGeSn鰭型光電探測器，其特征在于，所述SiGeSn復(fù)合材料采用單層結(jié)構(gòu)或采用多層結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求1所述的應(yīng)變SiGeSn鰭型光電探測器，其特征在于，所述鰭型結(jié)構(gòu)，是由空隙與SiGeSn復(fù)合材料相交錯而構(gòu)成。
5.如權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)變SiGeSn鰭型光電探測器,其特征在于上電極(104)的形狀與吸收區(qū)(103)的形狀相同。
6.如權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)變SiGeSn鰭型光電探測器，其特征在于表應(yīng)力薄膜(105)包覆在上電極(104)的上表面和吸收區(qū)(103)側(cè)面的部分區(qū)域。
7.如權(quán)利要求1所述的一種應(yīng)變SiGeSn鰭型光電探測器，其特征在于應(yīng)力薄膜(105)全部包覆在上電極(104)的上表面和吸收區(qū)(103)的整個側(cè)面。
8.如權(quán)利要求6或7所述的一種應(yīng)變SiGeSn鰭型光電探測器，其特征在于，包覆在吸收區(qū)(103)和上電極(104)表面的應(yīng)力薄膜(105)采用單層結(jié)構(gòu)或雙層結(jié)構(gòu)。
【文檔編號】H01L31/101GK104409530SQ201410737288
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月5日
【發(fā)明者】韓根全, 張春福, 郝躍, 張進(jìn)城, 唐詩 申請人:西安電子科技大學(xué)