本發(fā)明屬于半導(dǎo)體光電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種兼顧可見光和近紅外光的sige/si異質(zhì)結(jié)光敏晶體管探測(cè)器。這種光敏晶體管探測(cè)器在可見光波段和近紅外光波段入射光下都有高的吸收效率。

背景技術(shù)：

硅基光電探測(cè)器具有低成本和易大規(guī)模集成的優(yōu)點(diǎn)，且吸收譜落在光互聯(lián)技術(shù)中的短距通信和甚短距通信用到的近紅外波段和可見光波段。因此，相比價(jià)格昂貴、工藝復(fù)雜的化合物光電探測(cè)器，硅基光電探測(cè)器在短距和甚短距通信的應(yīng)用等方面具有巨大的應(yīng)用潛力。另外，紅外探測(cè)還大量應(yīng)用于預(yù)警、制導(dǎo)、夜視、跟蹤及空間技術(shù)、天文、醫(yī)學(xué)工業(yè)以及輻射測(cè)量，自動(dòng)控制和激光探測(cè)，資源探測(cè)，大氣監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域。而成本低，無(wú)電磁輻射，高速率高保密性的可見光通信(lifi)也越來(lái)越成為研究的一個(gè)熱點(diǎn)。

目前所報(bào)道的硅基光電探測(cè)器大多僅能在近紅外波段或可見光波段實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的高效吸收探測(cè)，全波段的探測(cè)器則鮮有報(bào)道。2008年，中國(guó)臺(tái)灣報(bào)道了一種基于標(biāo)準(zhǔn)bicmos工藝的可見光sige/sihpt探測(cè)器，該器件由一個(gè)sige/sihpt和一個(gè)表面探測(cè)二極管構(gòu)成，在vce為0.5v偏壓下，450nm光信號(hào)的響應(yīng)度為5.69a/w，670nm光信號(hào)的響應(yīng)度為9.47a/w；2011年，法國(guó)報(bào)道了基于標(biāo)準(zhǔn)80ghzbicmos工藝制備的sige/sihpt探測(cè)器，對(duì)于850nm波長(zhǎng)的激光作為載波的50mhz光學(xué)微波信號(hào)，響應(yīng)度為5.62a/w；2013年，中國(guó)臺(tái)灣報(bào)道了基于0.18umbicmos工藝制備的sige/sihpt探測(cè)器，通過(guò)將襯底與基極連接，依靠襯底吸收產(chǎn)生的光生電流為光敏晶體管提供基極偏置提高器件的響應(yīng)度，對(duì)750nm的光吸收獲得了75a/w的響應(yīng)度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明的主要目的是提供一種高效全波段光敏晶體管探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)作為單一器件就可以兼顧可見光和近紅外光波段的高效吸收。

1.基區(qū)ge組分分段分布的sige/si異質(zhì)結(jié)光敏晶體管探測(cè)器，其特征在于包括：

si襯底；在si襯底上依次制備出的si亞集電區(qū)、si集電區(qū)、sige基區(qū)/吸收層、多晶si發(fā)射區(qū)；探測(cè)器的光窗口位于sige基區(qū)/吸收層；sige基區(qū)/吸收層的ge組分分段分布，從發(fā)射結(jié)異質(zhì)結(jié)到集電結(jié)異質(zhì)結(jié)依次分為四段，其第一段的厚度介于0.02μm到0.05μm之間，ge組分介于0到20％之間，其第二段的厚度介于0.03μm到0.06μm之間，ge組分介于20％到50％之間，其第三段的厚度介于0.06μm到0.09μm之間，ge組分介于50％到80％之間，其第四段的ge組分線性減少到0，厚度介于0.02μm到0.03μm之間。

sige基區(qū)/吸收層的ge組分分段分布中第一段、第二段和其第三段，ge組分的分布是均勻或漸變或均勻與漸變相組合的形式。

更具體的，一種基區(qū)ge組分分段式分布的sige/si異質(zhì)結(jié)光敏晶體管探測(cè)器，包括：

si襯底1；在si襯底上依次制備出的si亞集電區(qū)2、si集電區(qū)3、sige基區(qū)/吸收層4、多晶si發(fā)射區(qū)5；發(fā)射極6，制作在多晶si發(fā)射區(qū)5上；基極7，制作在sige基區(qū)/吸收層4上；集電極8，制作在si亞集電區(qū)2上。

上述方案中si襯底為p型si襯底1，摻雜濃度≥1.0×10¹⁷cm^-3且＜1.0×10¹⁹cm-^3，厚度介于0.8μm到1.2μm之間；

上述方案中si亞集電區(qū)為n型si亞集電區(qū)2，摻雜濃度≥1.0×10¹⁹cm^-3且≤1.0×10²¹cm^-3，厚度介于0.3μm到0.5μm之間；

上述方案中si集電區(qū)為n型si集電區(qū)3，摻雜濃度≥1.0×10¹⁷cm^-3且≤1.0×10¹⁹cm^-2，厚度介于0.6μm到0.7μm之間；

上述方案中sige基區(qū)/吸收層為p型sige基區(qū)/吸收層4，摻雜濃度≥1.0×10¹⁹cm^-3且≤1.0×10²¹cm^-3，厚度介于0.1μm到0.16μm之間；

上述方案中sige基區(qū)/吸收層中的ge組分從發(fā)射結(jié)異質(zhì)結(jié)到集電結(jié)異質(zhì)結(jié)依次分為四段，其第一段的厚度介于0.02μm到0.05μm之間，ge組分介于0到20％之間，ge組分的分布可以是均勻或漸變或均勻與漸變相組合的形式；其第二段的厚度介于0.03μm到0.06μm之間，ge組分介于20％到50％之間，ge組分的分布可以是均勻或漸變或均勻與漸變相組合的形式；其第三段的厚度介于0.06μm到0.09μm之間，ge組分介于50％到80％之間，ge組分的分布可以是均勻或漸變或均勻與漸變相組合的形式；其第四段的ge組分線性減少到0，厚度介于0.02μm到0.03μm之間；

上述方案中sige基區(qū)/吸收層4中g(shù)e組分的第一段主要對(duì)應(yīng)吸收波長(zhǎng)較短的可見光；

上述方案中sige基區(qū)/吸收層4中g(shù)e組分的第二段主要對(duì)應(yīng)吸收波長(zhǎng)較長(zhǎng)的可見光和波長(zhǎng)較短的近紅外光；

上述方案中sige基區(qū)/吸收層4中g(shù)e組分的第三段主要對(duì)應(yīng)吸收波長(zhǎng)較長(zhǎng)的近紅外光；

上述方案中sige基區(qū)/吸收層4中g(shù)e組分的第四段可以減弱異質(zhì)結(jié)勢(shì)壘效應(yīng)；

上述方案中光窗口位于sige基區(qū)/吸收層4沒(méi)有被覆蓋部分的上表面，使入射光直接照射在sige基區(qū)/吸收層上；

上述方案中多晶si發(fā)射區(qū)為n型多晶si發(fā)射區(qū)5，摻雜濃度≥1.0×10¹⁹cm^-3且≤1.0×10²¹cm^-3，厚度介于0.4μm到0.5μm之間。

附圖說(shuō)明

為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)特征，結(jié)合以下附圖，對(duì)本發(fā)明作一個(gè)詳細(xì)的描述，其中：

圖1是基區(qū)ge組分分段分布的sige/si異質(zhì)結(jié)光敏晶體管探測(cè)器的二維結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是器件sige基區(qū)/吸收層中的ge組分分布曲線；

圖3是器件在可見光波段和近紅外光波段入射光下的吸收率曲線；

圖4是器件在可見光波段和近紅外光波段入射光下，當(dāng)入射光強(qiáng)為100w/cm²時(shí)的輸出電流曲線。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的基區(qū)ge組分分段分布的sige/si異質(zhì)結(jié)光敏晶體管探測(cè)器包括：

si襯底1；在si襯底上依次制備出的si亞集電區(qū)2、si集電區(qū)3、sige基區(qū)/吸收層4、多晶si發(fā)射區(qū)5；發(fā)射極6，制作在多晶si發(fā)射區(qū)5上；基極7，制作在sige基區(qū)/吸收層4上；集電極8，制作在si亞集電區(qū)2上。

其中所述的si襯底1為p型中等摻雜，摻雜濃度為1.0×10¹⁸～1.5×10¹⁸cm^-3，厚度為1μm；

其中所述的si亞集電區(qū)2為n型重?fù)诫s，摻雜濃度為1.0×10¹⁹～1.5×10¹⁹cm^-3，厚度為0.3μm；

其中所述的si集電區(qū)3為n型中等摻雜，摻雜濃度為9.5×10¹⁷～1.0×10¹⁸cm^-3，厚度為0.6μm；

其中所述的sige基區(qū)/吸收層4為p型重?fù)诫s，摻雜濃度為1.0×10¹⁹～1.5×10¹⁹cm^-3，厚度為0.16μm；

其中所述的sige基區(qū)/吸收層4中g(shù)e組分從發(fā)射結(jié)異質(zhì)結(jié)到集電結(jié)異質(zhì)結(jié)依次分為四段，如圖2所示，第一段厚度為0.03μm，厚度的前1/3范圍內(nèi)ge組分從0線性增加到10％，之后保持10％不變；第二段厚度為0.05μm，厚度的前2/5范圍內(nèi)ge組分從10％線性增加到50％，之后保持50％不變；第三段厚度為0.06μm，厚度的前1/3范圍內(nèi)ge組分從50％線性增加到80％，之后保持80％不變；第四段厚度為0.02μm，ge組分從80％線性減少到0；

其中所述的sige基區(qū)/吸收層4，其沒(méi)有被覆蓋部分的上表面為sige/si異質(zhì)結(jié)光敏晶體管探測(cè)器的光窗口；

其中所述的多晶si發(fā)射區(qū)5為n型重?fù)诫s，摻雜濃度為1.0×10¹⁹～1.5×10¹⁹cm^-3，厚度為0.3μm；

其中所述的多晶si發(fā)射區(qū)5與sige基區(qū)/吸收層4形成發(fā)射結(jié)異質(zhì)結(jié)，sige基區(qū)/吸收層4與si集電區(qū)3形成集電結(jié)異質(zhì)結(jié)。

上述sige基區(qū)/吸收層中g(shù)e組分的第一段主要對(duì)應(yīng)吸收波長(zhǎng)較短的可見光；ge組分的第二段主要對(duì)應(yīng)吸收波長(zhǎng)較長(zhǎng)的可見光和波長(zhǎng)較短的近紅外光；ge組分的第三段主要對(duì)應(yīng)吸收波長(zhǎng)較長(zhǎng)的近紅外光。當(dāng)有可見光或近紅外光照射sige基區(qū)/吸收層上的光窗口時(shí)，sige基區(qū)/吸收層中產(chǎn)生的光生電子被集電結(jié)耗盡層中的電場(chǎng)掃入si集電區(qū)，進(jìn)而傳輸至集電極，形成初始光生電流；sige基區(qū)/吸收層中產(chǎn)生的光生空穴被傳輸至發(fā)射結(jié)，降低了發(fā)射結(jié)勢(shì)壘，引發(fā)光生電流的放大。如圖3所示，本實(shí)施例中的sige/si異質(zhì)結(jié)光敏晶體管探測(cè)器在可見光波段和近紅外光波段入射光下的吸收率均在70％以上；如圖4所示，本實(shí)施例中的sige/si異質(zhì)結(jié)光敏晶體管探測(cè)器在可見光波段和近紅外光波段入射光下，當(dāng)入射光強(qiáng)為100w/cm²時(shí)，輸出電流均保持在1μa左右。

上述sige基區(qū)/吸收層4中的ge組分階梯型變化，可促使基區(qū)形成對(duì)光生電子加速的內(nèi)建電場(chǎng)，減少光生電子在基區(qū)的渡越時(shí)間。在保證一定的發(fā)射效率的前提下線性減少發(fā)射結(jié)附近ge含量可減小基區(qū)復(fù)合對(duì)器件增益的影響。同時(shí)集電結(jié)附近的ge組分線性減少可消除一部分集電結(jié)處的能帶差，從而消弱異質(zhì)結(jié)勢(shì)壘效應(yīng)。

對(duì)所公開的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。