Si基GePIN光電探測器的設計與制備.pdf

1、Si基Ge材料因其優(yōu)異的光電性能，被廣泛應用于Si基光電集成和微電子等領域。Si基Ge長波長光電探測器成為Si基光電集成領域重要的研究課題之一。通過計算發(fā)現(xiàn)，少子擴散對探測器高頻特性有著不可忽視的影響，而由于金屬/n-Ge接觸存在強烈的費米釘扎效應，在高頻器件中引入大的勢壘高度和接觸電阻，也會嚴重制約Ge探測器性能的提高。因此，改進探測器的結構設計、提高金屬與半導體接觸的比接觸電阻率從而減小探測器的串聯(lián)電阻對提高Ge器件的性能具有重要的

2、意義。
　　本文基于連續(xù)性方程對探測器的3-dB帶寬進行了理論計算和討論，研究了Si基光電探測器的關鍵制備工藝，在此基礎上分別在Si和SOI襯底上制備了Ge光電探測器。主要工作內容如下:
　　1、基于連續(xù)性方程從理論上對Ge PIN結構的探測器的帶寬進行了詳細的計算，分析優(yōu)化了PIN結構各層厚度的選擇對探測器帶寬的影響，提出摻雜Ge層的厚度是影響探測器3-dB帶寬的關鍵因素之一。在此基礎上結合目前的工藝條件，設計了探測器結構

3、。
　　2、基于圓形傳輸線模型，分別研究了金屬與p型、n型半導體接觸的性質，實驗發(fā)現(xiàn)，Al/p-Ge比接觸電阻率為1.84×10-6Ω·cm2，NiGe/n+Ge接觸的比接觸電阻率達到了1.43×10-5Ω·cm2，合金化處理后的Al/n+Si接觸電阻率能達到5.21×10-5Ω·cm2，達到了制作高頻探測器的要求。
　　3、利用超高真空化學氣相沉積系統(tǒng)在Si和SOI襯底上外延了Ge探測器材料，分別制備了Ge PIN光電探測

4、器，對其進行了測試和分析。在-1V電壓下，Si基Ge探測器的暗電流低至10-7A量級且易飽和，而SOI基Ge探測器的暗電流數(shù)值相比較前者大了約1個數(shù)量級，其原因可能是在SOI上外延Ge材料質量有所下降;在1550nm波長的光照下，兩種探測器的響應度相當，都能達到約0.1A/W;臺面直徑為24μm的Si PIN和SOI PIN探測器3-dB帶寬分別達到4 GHz和7.5 GHz。少子擴散的影響，摻雜控制以及外延材料晶體質量是制約器件性能的