Ge材料由于在近紅外波段具有較大的吸收系數(shù)、高的載流子遷移率、以及與Si工藝相兼容等優(yōu)勢(shì)而被視為制備近紅外光電探測(cè)器最理想的材料之一。針對(duì)Ge光電探測(cè)器制備過(guò)程中面臨的挑戰(zhàn),文中綜述了近年來(lái)筆者所在的課題組在Ge探測(cè)器材料、器件及工藝方面的研究進(jìn)展。首先介紹了Si基Ge材料的制備工藝,利用低溫緩沖層生長(zhǎng)技術(shù)、Ge/Si鍵合技術(shù)、Ge濃縮技術(shù)等分別制備得到高晶體質(zhì)量的Si基Ge材料。研究了Ge材料n型摻雜工藝,利用離子注入結(jié)合兩步退火處理（低溫預(yù)退火和激光退火）以及利用固態(tài)磷旋涂工藝等分別實(shí)現(xiàn)Ge材料n型高摻淺結(jié)制備。最后探究了金屬/Ge接觸勢(shì)壘高度的調(diào)制方法,結(jié)合金屬中間層和透明導(dǎo)電電極ITO制備得到性能良好的Ge肖特基光電探測(cè)器。 

【文章來(lái)源】：紅外與激光工程. 2020,49(01)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

不同臺(tái)面光電二極管的光暗電流；(b)不同波長(zhǎng)光照射下光電二極管響應(yīng)率變化[8]

研究低溫緩沖層技術(shù)制備Si基外延Ge材料，在Si襯底上利用低溫緩沖層技術(shù)外延生長(zhǎng)了370 nm厚的Ge材料。為了進(jìn)一步改善外延Ge的晶體質(zhì)量，采用KrF準(zhǔn)分子激光器(激光波長(zhǎng)為248 nm)，在高純氮?dú)獾臍怏w氛圍下以400～600 mJ/cm2的激光能量密度對(duì)外延Ge樣品進(jìn)行激光退火(ELA)處理[7]。一定能量密度的脈沖激光照射在Ge表面，可以使得Ge材料急速升溫，極高的溫度可以使得Ge表面迅速發(fā)生熔化再結(jié)晶的過(guò)程，并在熱傳導(dǎo)的作用下溫度向里面迅速傳輸，從而對(duì)外延Ge材料起到退火的作用。圖1顯示了370 nm外延Ge樣品在激光退火處理前后樣品表面原子顯微鏡測(cè)試結(jié)果�？梢钥吹剑�400～600 mJ/cm2能量密度的激光退火對(duì)于外延Ge表面平整度均有不同程度的改善，在400 mJ/cm2能量密度下，樣品表面粗糙度RMS由2.2 nm降低至0.98 nm。XRD測(cè)試表明，即使在600 mJ/cm2能量密度的激光退火下，外延Ge樣品仍然無(wú)明顯Ge和Si互擴(kuò)散現(xiàn)象發(fā)生。進(jìn)一步筆者發(fā)現(xiàn)結(jié)合激光退火和高溫長(zhǎng)時(shí)間退火可以進(jìn)一步提高Si襯底上外延Ge的晶體質(zhì)量，在500 mJ/cm2能量密度下進(jìn)行激光退火結(jié)合700℃、50 min高溫長(zhǎng)時(shí)間退火處理后，370 nm外延Ge樣品XRD測(cè)試Ge(004)衍射峰半高寬由未做退火處理時(shí)的630″降低至485″，獲得結(jié)晶質(zhì)量較高的較薄的Si基Ge外延材料。

根據(jù)磷離子在Ge材料中的擴(kuò)散行為，筆者提出結(jié)合低溫預(yù)退火和脈沖激光退火的兩步退火法，利用低溫預(yù)退火初步修復(fù)注磷Ge襯底的離子注入損傷，接著對(duì)樣品進(jìn)行激光退火實(shí)現(xiàn)n型摻雜[17]。Ge襯底經(jīng)過(guò)30 keV能量、5×1015cm-2劑量的磷離子注入后，進(jìn)行400℃、10 min低溫預(yù)退火結(jié)合150 mJ/cm2激光退火處理，樣品的雜質(zhì)激活濃度達(dá)到6×1019/cm3，而結(jié)深僅為44 nm。利用此方法制備得到整流特性良好的n+/p結(jié)二極管，其IV曲線整流比高達(dá)107，為國(guó)際報(bào)道的最好水平。如圖3[18]所示，利用此方法制備而成的n+/p結(jié)二極管在-1 V偏壓下對(duì)應(yīng)的暗電流低至7.9 nA(暗電流密度約1 pA/μm2)，二極管在1 550 nm具備良好的響應(yīng)特性，其響應(yīng)度為0.48 A/W。2.2 Ge材料磷旋涂摻雜研究

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]High-efficiency normal-incidence vertical p-i-n photodetectors on a germanium-on-insulator platform[J]. YIDING LIN,KWANG HONG LEE,SHUYU BAO,XIN GUO,HONG WANG,JURGEN MICHEL,CHUAN SENG TAN.  Photonics Research. 2017(06)
[2]Formation of high-Sn content polycrystalline GeSn films by pulsed laser annealing on co-sputtered amorphous GeSn on Ge substrate[J]. 張璐,洪海洋,王一森,李成,林光楊,陳松巖,黃巍,汪建元.  Chinese Physics B. 2017(11)
[3]智能剝離制備GOI材料[J]. 賴淑妹,毛丹楓,陳松巖,李成,黃巍,湯丁亮.  南京大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)). 2017(03)
[4]采用Al/TaN疊層電極提高Si基Ge PIN光電探測(cè)器的性能[J]. 吳政,王塵,嚴(yán)光明,劉冠洲,李成,黃巍,賴虹凱,陳松巖.  物理學(xué)報(bào). 2012(18)



本文編號(hào)：3323049