CN2678141Y - 硅基量子点红外探测器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了属于纳米半导体电子器件范围的一种硅基Ge量子点红外探测器。在硅衬底片上从下至上生长下电极接触层、下电极、相间生长Ge量子点和Si隔离层8－12层；然后在上面再长一层上电极接触层、上电极；且在上电极上刻出一个透光窗口即做成一个硅基Ge量子点红外探测器。量子点红外探测器与量子阱探测器相比有着明显的优点：量子点中声子散射的减少，光激载流子在弛豫到基态前形成光电流，提高了探测效率；量子点激发态中载流子寿命的延长也有利于改善探测器性能；选择合适的掺杂浓度，由于其态密度的峰化，量子点探测器的漏电流密度相对低。
Description
技术领域
本实用新型属于纳米半导体电子器件范围，特别涉及一种硅基量子点红外探测器。
背景技术
随着加工尺寸的进一步减小，我们将进入一个全新的纳米电子器件时期。这就是我们面临的电子器件发展的第二次变革。在光通讯方面，对波长处于石英光纤最小吸收窗口附近的低维量子结构的光电探测器件的研究，就成为一个非常热门的课题。目前S.D.Gunapala，等人在“Appl.Phys.Lett.64(1994)3431 andreferences therein”文献中已报道：已有响应度高达几个A/W的光电探测器。但是绝大部分的研究成果都集中在InAs/InGaAs等直接能隙半导体量子阱、量子点光电探测器上，而对于Ge/Si这样间接能隙半导体量子阱、量子点的光学特性的研究较少。在成熟的硅基大规模集成电路技术要求制作光电探测器的材料能与之相容的这一点上，硅基Ge/Si低维材料无疑有着无可替代的优势。量子阱中，电偶极跃迁对正入射光的吸收十分微弱，从而限制了量子阱材料在实际的红外光探测器中的应用。
发明内容
本实用新型的目的是提供一种硅基量子点红外探测器。其特征在于：所述红外探测器的结构是在硅衬底1上为下电极接触层2，在下电极接触层2两边较低平面部分为台面3，在台面3上设置Al膜做下电极4；在下电极接触层2的高平面上为Si的隔离层6，Ge量子点5分布其中，分布有Ge量子点5的Si隔离层有8-12层叠加在一起；然后在该层上面为上电极接触层7，该层周边以Al膜作为上电极8，中部为透光窗口9，即做成一个硅基Ge量子点红外探测器。探测器工作时，给上电极8、下电极4上加上偏压V，光从上面的透光窗口9入射。利用Ge量子点层5作为红外吸收层，由于电子(空穴)吸收光子产生带间或带内跃迁而产生了新的电子空穴对，这些载流子就在所加的外电场作用下形成电流，从而为外电路所探测。
所述量子点除用Ge材料外，还可用锗硅化合物制作。
本实用新型的有益效果是量子点红外探测器与量子阱探测器相比有着明显的优点：量子阱红外探测器由于选择定则的限制，对正入射光照不敏感；量子点中局域态的存在，使得带内跃迁能被正入射光照诱发；量子点中声子散射的减少，光激载流子在弛豫到基态前形成光电流，提高了探测效率；量子点激发态中载流子寿命的延长也有利于改善探测器性能；选择合适的掺杂浓度，由于其态密度的峰化，量子点探测器的漏电流密度相对低。
附图说明
图1为硅基Ge量子点红外探测器结构示意图。
具体实施方式：
在图1所示的硅基Ge量子点红外探测器结构示意图中，在硅衬底1上为下电极接触层2，在下电极接触层2两边较低平面部分为台面3，在台面3上设置Al膜做下电极4；在下电极接触层2的高平面上为Si的隔离层6，Ge量子点5分布其中，分布有Ge量子点5的Si隔离层有8-12层叠加在一起；然后在该层上面为上电极接触层7，该层周边以Al膜作为上电极8，中部为透光窗口9，即做成一个硅基Ge量子点红外探测器。该结构的生长采用了清华大学微电子所自行研制的超高真空化学气相淀积系统(UHV/CVD)GSE-400制备，当然其他的同类设备也能用。温度控制在550℃，生长以SiH4GeH4，BH3，PH5等为气源进行生长。如图1所示，在p型(100)Si(p～0.1Ω·cm)衬底1(高掺杂SOI的硅片)上先生长200nm的P型重掺杂Si(1018cm-3)作为下电极接触层2，接着生长10层周期性重复的的Ge量子点5及覆盖在其上面的40nm的本征Si的隔离层6。最后在上面再长一层100nm的n型重掺杂Si(1018cm-3)作为上电极的接触层7。这样的P-i-N结构，既可以利用量子点做吸收层，对正入射光敏感，又可以利用pn结暗电流小的优点，从而提高探测效率。并且用SOI作为反射层，大大提高了光的入射效率。探测器工作时，给上电极8、下电极4上加上偏压V，光从上面的透光窗口9入射。利用Ge或用锗硅化合物制作量子点层5作为红外吸收层，由于电子(空穴)吸收光子产生带间或带内跃迁而产生了新的电子空穴对，这些载流子就在所加的外电场作用下形成电流，从而为外电路所探测。
Claims (2)
1.一种硅基量子点红外探测器，其特征在于：所述红外探测器的结构是在硅衬底(1)上为下电极接触层(2)，在下电极接触层(2)两边较低平面部分为台面(3)，在台面(3)上设置Al膜做下电极(4)；在下电极接触层(2)的高平面上为Si的隔离层(6)，Ge量子点(5)分布其中，分布有Ge量子点(5)的Si隔离层有8-12层叠加在一起；然后在该层上面为上电极接触层(7)，该层周边以Al膜作为上电极(8)，中部为透光窗口(9)，即做成一个硅基Ge量子点红外探测器。
2.根据权利要求1所述硅基量子点红外探测器，其特征在于：所述量子点除用Ge材料外，还可用锗硅化合物制作。
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