专利名称：具有化合价修正吸附物区域的光电探测器及其制备方法
技术领域：
实施方式涉及光电探测器及其制备方法。
背景技术：
SOI (绝缘体上硅)上的锗(Germanium-on-SOI)，或通常缩写为Ge-on-S0I，由于其 与现有的CMOS技术的集成兼容性，以及较大的吸收系数，通常用于近红外光光电探测应用 中。p-i-nGe光电探测器显示出对850nm的波长λ处的光吸收的优异的反应率和量子效 率，并且具有对波长更长的长波段(L-band)光电探测(λ = 1561-1620nm)的潜能。在传 统的光电探测器中，使用金属-半导体-金属(MSM)结构以借助低的结电容优势和工艺集 成的便利。然而，MSM光电探测器中观察到的高的暗电流导致光电探测器的信噪比较差，当对 活性的光电探测器区域，即由于肖特基势垒高度较低而出现高的暗电流的区域，使用诸如 Ge的窄带隙材料时，这种情况将更加严重。这种低的空穴(hole)肖特基势垒归因于钉扎 于电极(金属)/光电探测器(Ge)的分界面处的强的费米能级处于电中性能级，其不依赖 于使用的金属功函数(work function)的选择。例如，对于给定施加的IV的偏压，集成于 SOI脊型波导中的Ge-MSM-光电探测器可能具有大约150 μ A的高的暗电流。一种传统装置通过引入诸如非晶硅或非晶锗的具有大的带隙能量的材料来抑制 在电极和半导体之间的分界面处连续的暗电流。使用非晶硅或非晶锗作为阻挡材料增加了 寄生电阻，导致光电流减少。需要一种光电探测器，其能够减少暗电流现象，且不会产生上述缺陷中的至少一 些缺陷。
发明内容
在一种实施方式中，提供了一种光电探测器，包括探测器区域；第一接触区域， 形成与所述探测器区域的分界面；以及第一化合价修正吸附物区域，位于所述第一接触区 域和所述探测器区域之间。在另一种实施方式中，提供了一种形成光电探测器的方法。所述方法可以包括形 成探测器区域；形成第一接触区域，作为与所述探测器区域的分界面，以及在所述第一接触 区域和所述探测器区域之间形成第一化合价修正吸附物区域。在又一种实施方式中，提供了一种光电探测器，包括探测器区域；第一接触区 域；以及第一化合价修正吸附物区域，形成所述第一接触区域和所述探测器区域之间的分 界面，其中，所述第一化合价修正吸附物区域钝化所述第一接触区域和所述探测器区域之 间的不饱和键。
附图中，贯穿不同视图的相同的参考标记通常指代相同的部件。该附图不必然遵循比例，而是着重于大体示出不同实施方式的原理。在下面的描述中，将参照附图对不同的 实施方式进行描述，其中图1示出了根据一种实施方式制成的光电探测器的扫描电子显微(SEM)图像；图2示出了根据一种实施方式制成的光电探测器的剖视图；图3A示出了没有化合价修正吸附物区域的光电探测器的剖视图；图3B示出了没有化合价修正吸附物区域的光电探测器的带隙图；图3C示出了根据一种实施方式制成的光电探测器的剖视图；图3D示出了根据一种实施方式制成的光电探测器的带隙图；图4示出了根据一种实施方式制成的光电探测器；图5示出了用于制备根据一种实施方式制成的光电探测器的制备工艺的流程图；图6A-6F示出了根据一种实施方式的光电探测器的多个制备阶段的剖视图；图7A和7B示出了根据一种实施方式制成的光电探测器中的NiGe/Ge结 (junction)的高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)图像；图7C示出了根据一种实施方式制成的光电探测器的硫分离的MGe肖特基接触的 二次离子质谱(SIMS)的深度分布图；图8为室温下电流_电压(I-V)曲线标绘图；图9A和9B为电流对外加电压Va的标绘图；图10为根据一种实施方式制成的光电探测器的响应(dB)对频率(Hz)的标绘图。
具体实施例方式虽然已经参照特定实施方式具体示出并描述了实施方式，本领域技术人员应该能 理解到，还可以在不脱离由所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围的情况下对这些 实施方式的形式和细节进行多种变化。由此，本发明的范围由所附权利要求书表示，并且打 算包含归入该权利要求书的等同物的意义和范围的范围内的所有变化。应该能意识到，相 关附图中使用的涉及部件的常用数字用作类似的或相同的目的。图1示出了根据一种实施方式制成的光电探测器100的扫描电子显微(SEM)图像。由图1可以观察到，光电探测器100包括第一电极216和第二电极214，两者均设 置于钝化层210的上方。在示出的实施方式中，光电探测器100具有大约32 μ m的有效直 径Φ和大约2 μ m的指间距S。图2示出了根据一种实施方式制成的光电探测器100沿图1中A-A’线的剖视图。该光电探测器100包括块状衬底层201 ；探测器区域212 ；隔离区域208a和 208b ；钝化层210 ；第一接触区域220 ；第二接触区域218 ；第一化合价修正吸附物区域215 ； 第一电极216 ；以及第二电极214。第一接触区域220形成与探测器区域212的分界面，其中，第一化合价修正吸附物 区域215设置于第一接触区域220和探测器区域212之间。类似地，第二接触区域218形 成与探测器区域212的分界面。在另一个实施方式中(参见图3C)，第二化合价修正吸附物 区域(对照参考标记317)设置于第二接触区域和探测器区域之间。在图2所示的实施方式中，第一接触区域220通过与探测器区域212相接触来形
8成与探测器区域212的分界面，使得第一接触区域220的上表面与探测器区域212的上表 面齐平。这使得第一电极216直接接触第一接触区域220的上表面。在另一个实施方式 (未示出)中，第一接触区域和第一化合价修正吸附物区域均形成于或嵌入探测器区域内 部。应该能理解到，在另一个实施方式(未示出)中，第一接触区域可以设置于探测器 区域上方。第一化合价修正吸附物区域可以设置于探测器区域和第一接触区域之间，使得 第一化合价修正吸附物区域的上表面与该探测器区域的上表面齐平。转到图2所示的实施方式，第二接触区域218通过与探测器区域212相接触来形 成与探测器区域212的分界面，使得第二接触区域218的上表面与探测器区域212的上表 面齐平。这使得第二电极214直接接触第二接触区域218的上表面。此外，第二接触区域 218通过探测器区域212的位于其间的部分与第一接触区域220电隔离。在另一个实施方 式(未示出)中，第二接触区域和第二化合价修正吸附物区域均形成于或嵌入探测器区域 内部。转到图3C，其示出了根据一种实施方式制成的光电探测器300的另一个实施方 式，第二接触区域318可以设置于探测器区域312的上方。第二化合价修正吸附物区域317 可以设置于探测器区域312和第二接触区域318之间，使得第二化合价修正吸附物区域317 的上表面与探测器区域312的上表面齐平或大致齐平。第二化合价修正吸附物区域317有效地使第二接触区域318和探测器区域312之 间的分界面处的不饱和键钝化。类似地，参照图2，第一化合价修正吸附物区域215有效地 使第一接触区域220和探测器区域212之间的分界面处的不饱和键钝化。在一个实施方式中(未示出)，钝化层可以设置于探测器区域的上方。该钝化层仅 具有第一沟槽，其中，第一接触区域和第一化合价修正吸附物区域均设置于该第一沟槽内。在另一个实施方式中(未示出)，钝化层可以设置于探测器区域的上方。该钝化层 具有第一沟槽和第二沟槽，使得钝化层位于第一沟槽和第二沟槽之间的区域与钝化层的其 他区域不连续。第一接触区域和第一化合价修正吸附物区域均设置于第一沟槽内。另一方 面，第二接触区域和第二化合价修正吸附物区域均设置于第二沟槽内。转到图2所示的实施方式，探测器区域212可以设置于块状衬底层201的上方，而 隔离区域208a和208b设置于块状衬底层201的上方并邻近于探测器区域212的相对边缘。钝化层210设置于探测器区域212的上方。钝化层210具有第一沟槽212a和第 二沟槽212b。钝化层210的位于第一沟槽212a和第二沟槽212b之间的区域与钝化层210 的其他区域不连续。第一接触区域220和第一化合价修正吸附物区域215均设置于第一沟 槽212a内。第二接触区域218设置于第二沟槽212b内。第一沟槽212a和第二沟槽212b限定钝化层210内部的对探测器区域212的部分 的开口，该开口位于第一沟槽212a和第二沟槽212b的底部处。在这些开口内，第一接触区 域220形成与探测器区域212的分界面，而第二接触区域218形成与探测器区域212的分 界面。如上所述，第二接触区域218通过探测区域212位于其间(即，第一接触区域220和 第二接触区域218之间)的区域与第一接触区域220电隔离。应该能理解到，块状衬底层201还包括隔离层/埋氧层(参见图4中的参考标记 404)和波导层(参见图4中的参考标记406)。该波导层在探测器区域212下方，即，探测器区域212设置于波导层上方，使得隔离区域208a和208b设置于波导层上方并邻近于探 测器区域212的相对边缘。波导层设置于隔离层/埋氧层上方(参见图4)。在另一个实施方式中(参见图4)，光电探测器100还可以包括缓冲层(对照图4 中的参考标记422)和柔性层(参照图4中的参考标记424)。该柔性层设置于波导层上方， 而该缓冲层设置于柔性层上方。探测器区域212设置于缓冲层上方。由此，缓冲层设置于 探测器区域和波导层之间，而柔性层设置于缓冲层和波导层206之间。在图2所示的实施方式中，第一电极216设置于第一接触区域220上方并与第一 沟槽212a接触。类似地，第二电极216设置于第二接触区域218上方并与第二沟槽212b 相接触。第一化合价修正吸附物区域215为第一接触区域220和探测器区域212之间的分 界面处的隔离区域。类似地，在存在第二化合价修正吸附物区域的实施方式(参见图3C) 中，第二化合价修正吸附物区域为第二接触区域218和探测器区域212之间的分界面处的 隔离区域。化合价修正吸附物区域使得肖特基势垒高度能够被调制。图2中，当使用锗化镍 (NiGe)作为第一接触区域220并使用锗(Ge)作为探测器区域212时，充当NiGe/Ge的分界 面处的化合价修正吸附物区域215的硫的联合注入和分离允许待钉扎的锗化物的费米能 级接近导带边缘。这引起空穴肖特基势垒高度的调制，导致暗电流的抑制较传统的MSM光 电探测器(即，没有化合价修正吸附物区域215的光电探测器)高出多于3个数量级。当 在IV的偏置电压Va下工作时，面积为804 μ m2的光电探测器100显示出大约0. 36A/W的光 谱响应和相应的大约34%的量子效率。此外，频率响应测量揭示，照明光子波长为1550nm 时，在15GHz附近，可以获得_3dB左右的带宽。使用化合价修正吸附物作为第一或第二接触区域(220，218)与探测器区域212之 间的分界面处的隔离区域，这种方法允许在不影响探测器区域212的光学特性的前提下， 通过选择性注入注入，对空穴肖特基势垒进行局部结构改变。与传统光电探测器相比，对于 反向偏置电压，电极216和214承受的接触阻力变小，这改进了载流子收集效率，并降低了 暗电流。图3A-3D示出了与没有化合价修正吸附物区域的光电探测器350的带隙图390相 比，根据本发明的一种实施方式制成的光电探测器300的带隙图340如何被影响。图3A示出了没有化合价修正吸附物区域的光电探测器350的剖视图。光电探测器350包括波导层356 ；探测器区域362 ；隔离区域358a ；钝化层360 ；第 二接触区域368 ；缓冲层372 ；以及第二电极364。第二接触区域368形成与探测器区域362分界面。缓冲层372设置于波导层356 的上方，而探测器区域362设置于缓冲层372上方。隔离区域358a设置于波导层356的上 方并且邻近于探测器区域362的一个相对边缘。钝化层360设置于隔离区域358a和探测 器区域362的上方。第二电极364包括至少第一导电材料364a和第二导电材料364b，其中第一导电材 料364a与第二接触区域368和形成于钝化层360内的第二沟槽362b均接触。 光电探测器350可以通过两个背对背的肖特基二极管实现。在不存在镜像力降低 效应的情况下，位于第二电极364和波导层356之间的Ge光电-探测区域362将在高的施加偏压下被完全耗尽。流经光电探测器602的总的暗电流JT。tal可以通过下面的表达式进 行描述U =Jp^Jn= A;T、_ ‘ 丨虹 + KT2e_ ‘ 'kT⑴其中，Jp(Jn)是由阳极(阴极)注入的空穴(电子)电流，是空穴(电子) 的理查逊常数。据观察，空穴电流和电子电流均对光电探测器350中的暗电流有所贡献，其 分别展现出对空穴(Φ。和电子(Φ。肖特基势垒的强依赖性。根据肖特基-莫特理论， 对于理想的金属半导体系统，可以由半导体(Xs)的金属功函数(Φω)和电子亲和力之间 的差异确定肖特基势垒高度(ΦΒ)，即，ΦΒ= Φπ,-xS.然而，在实践中，已显示出分界面状 态的存在导致肖特基势垒高度很少依赖于金属功函数。第二电极364和探测器362结的强 大的费米能级钉扎特性有助于形成高的电子肖特基势垒6be380，并且由此导致大约0. IeV 的低空穴肖特基势垒Φ^δΖ。因此，如通过沿图3Α中Α-Α，线的图3Β中的能带图390示 意性示出的，空穴电流较电子电流占优势，影响MSM (金属半导体金属)光电探测器350的 暗电流。图3C示出了根据一种实施方式制成的光电探测器300的剖视图。光电探测器300包括波导层306 ；探测器区域312 ；隔离区域308a ；钝化层310 ’第 二接触区域318 ；缓冲层322 ；第二化合价修正吸附物区域317 ；以及第二电极314。第二接触区域318形成与探测器区域312的分界面，其中，第二化合价修正吸附物 区域317设置于第二接触区域318和探测器区域312之间。在图3C示出的实施方式中，第 二接触区域318通过与探测器区域312相接触来形成与探测器区域312的分界面，使得第 二接触区域318的上表面与探测器区域312的上表面齐平或大致齐平。缓冲层322设置于波导层306上方，而探测器区域312设置于缓冲层322上方。隔 离区域308a设置于波导层306上方并且邻近于探测器区域312的一相对边缘。钝化层310 设置于隔离区域308a和探测器区域312上方。第二电极314包括至少第一导电材料314a和第二导电材料314b，其中，第一导电 材料314a与第二接触区域318和形成于钝化层310内的第二沟槽312b均接触。图3D示出了沿图3C中线B-B’的带隙图340。如上所述，化合价修正吸附物区域 引起空穴肖特基高度的调制。将图3D与图3C进行比照，可以发现空穴肖特基势垒增高了。 对于图3D中所示的实施方式，其空穴肖特基势垒Φλ344大约为0. 49eV。图4示出了根据一种实施方式制成的光电探测器400。该光电探测器400包括隔离层/埋氧层404 ；波导层406 ；柔性层424 ；缓冲层422， 探测器区域412 ；隔离区域408a和408b ；钝化层410 ；第一接触区域420 ；第二接触区域 418 ；以及第一化合价修正吸附物区域415。波导层406设置于埋氧层404上方。探测器区域412设置于波导层406上方。隔 离区域408a和408b设置于波导层406上方并且邻近于探测器区域412的相对边缘。钝化层410设置于探测器区域412上方，其中钝化层410具有第一沟槽412a和第 二沟槽412b。第一沟槽412a和第二沟槽412b在钝化层410内限定对位于第一沟槽412a 和第二沟槽412b底部的探测器区域412的部分的开口。钝化层410位于第一沟槽412a和 第二沟槽412b之间的区域与钝化层410的其余部分不连续。在第一沟槽412a内，第一接触区域420形成与探测器区域412的分界面，其中，第一化合价修正吸附物区域415设置于第一接触区域420和探测器区域412之间。类似地， 在第二沟槽412b内，第二接触区域418形成与探测器区域412的分界面。第二化合价修正 吸附物区域(未示出)可以设置于第二接触区域418和探测器区域412之间。在图4示出的实施方式中，第一接触区域420通过与探测器区域412相接触来形 成与该探测器区域412的分界面，使得第一接触区域420的上表面与探测器区域412的上 表面齐平。这使得第一电极(未示出，但对照图2的第一电极216)可以直接接触第一接触 区域420的上表面。类似地，第二接触区域418通过与探测器区域412相接触来形成与探测器区域412 的分界面，使得第二接触区域418的上表面与探测器区域412的上表面齐平。这使得第二 电极(未示出，但对照图2的第二电极214)可以直接接触第一接触区域420的上表面。图5示出了制造根据一个实施方式制成的光电探测器的制备工艺的流程图500。该制备工艺开始于形成探测器区域的步骤502。在步骤504中形成第一接触区域， 作为与该探测器区域的分界面。在步骤506中，在第一接触区域和该探测器区域之间形成 第一化合价修正吸附物区域。参照附图6A-6F对流程图500中概述的制备工艺进行进一步详细描述。图6A-6F示出了根据本发明一个实施方式的光电探测器600的多个制备阶段的剖 视图。在一种实施方式中，光电探测器600可以为制备于具有(100)表面取向的8英寸 SOI (绝缘体上硅)衬底上的Ge MSM(锗612金属半导体金属)光电探测器。由图6A开始，在衬底层(未示出)上方形成隔离层/埋氧层604。通过在该隔离 层/埋氧层604上干法刻蚀或沉积形成硅波导层606。硅波导层606和隔离层/埋氧层604 形成SOI衬底，其硅体厚度为大约250nm，隐埋氧化物厚度为大约1 μ m。然后，在硅波导层606上沉积厚度为大约120nm的等离子体增强化学气相淀积 (PECVD)氧化物。如图6B中所示，通过反应离子刻蚀使该PECVD氧化物图案化，由此形成隔 离区域608a和608b，并在隔离区域608a和608b之间限定活动窗口 603。活动窗口 603允 许在硅波导层606上形成Ge探测器区域612 (参见图6C)，其中隔离区域608a和608b邻近 于将随后形成的探测器区域612的相对边缘(图6C)。然后，使用标准SCI(NH40H:H202:H20)清洁和氢氟酸(HF)持久湿法工艺对该晶片进 行预外延清洁。Ge外延在超高真空化学气相沉积(UHVCVD)反应器中生长，起初在800°C的氮气环 境中就地烘烤，用于固有氧化物的移除。通过活性窗口 603，在大约530°C下沉积厚度约为5nm的Si柔性层624。然后，在 Si柔性层624上沉积[Ge]含量为大约20%的、厚度约为IOnm的锗化硅(SiGe)缓冲层622， 以使与均勻沉积的Ge探测器区域612 (参见图6C)的晶格失配减少到最小，并且在硅波导 层606与均勻沉积的Ge探测器区域612 (参见图6C)之间的分界面处形成缓变结(gradual transition)。随后，如图6C所示，在大约300nm厚度以及大约550°C下的高温Ge沉积以形 成Ge探测器区域612之前，在大约370°C下使用低温生长以形成厚度大约为30nm的Ge晶 种。使用包括纯乙硅烷Si2H6和稀释的锗烷GeH4 (10% GeH4 :90% Ar)的前驱气体用于SiGe 缓冲层622和Ge探测器区域612的外延生长。经测量，Ge外延层的RMS表面粗糙度和缺
12陷密度分别为大约1. 2士0. 2nm和6xl06CnT2。由此，应该能理解到，该Ge探测器区域612的 形成还可以包括在Ge探测器区域612和硅波导层606之间形成SiGe缓冲层622，并且该 Ge探测器区域612的形成还可以包括在缓冲层622和硅波导层606之间形成Si柔性层 624。在另一种实施方式中(参照图2A)，该Ge探测器区域612可以直接形成于块状衬
底层上。在图6D中，执行PECVD氧化物沉积，以在Ge探测器区域612和隔离区域608a和 608b上方形成厚度为大约320nm的钝化层610。然后，对钝化层610进行接触孔图案化，以 在钝化层610内形成第一沟槽612a和第二沟槽612b。在第一沟槽612a内选择性执行诸如 剂量为lxl015Cm_2、掺杂能量为IOKeV的硫⑶的化合价修正吸附物的离子注入650，使得在 Ge探测器区域612内形成第一化合价修正吸附物区域615。应该能理解到，还可以在第二 沟槽612b内执行离子注入，使得在Ge探测器区域612内形成第二化合价修正吸附物区域 (未示出)。可以将离子注入650的步骤融入现有的CMOS制备工艺中，由此，有助于在全光电 集成电路应用中使用流程图500(参见图5)中所概述的制备工艺。进一步地，与使用具有 不同功函数的两组不同电极来调制肖特基势垒高度的光电探测器相比，离子注入650的步 骤以局部方式通过调整注入的物种的剂量调整肖特基势垒高度，具有调制简便的优势。使用稀释的HF进行清洁后，在沟槽612a和612b内沉积厚度为30nm的镍(Ni)薄 膜。然后执行锗化(germanidation)工艺，如图6E所示，在氮气环境下进行30秒500°C的 快速热退火(RAT)，以分别形成单锗化镍(NiGe)第一和第二接触区域620和618。然后在 第一接触区域620和探测器区域612之间沉积硫第一化合价修正吸附物区域615。 在锗化工艺的前期执行过程中，注入的硫原子650在NiGe第一接触区域620和Ge 探测器区域612之间的分界面处分离。由于这种分离，在NiGe/Ge分界面处的不饱和键可 以被有效钝化，致使锗化物费米能级的钉扎接近导带边缘。以这种方式，在不影响均勻制备 的Ge光电探测器600的光学特性的前提下，完成局部肖特基势垒调制(参见图6F)。还可以制备未设置该第一化合价修正吸附物区域615的光电探测器(未示出)充 当对照样品。图6F示出了金属化阶段。在第一接触区域620上方沉积第一电极616，且第一电 极616与第一沟槽612a相接触；在第二接触区域618上方沉积第二电极614，且第二电极 614与第二沟槽612b相接触。第一电极616包括至少第一导电材料616a和第二导电材料 616b，其中第一导电材料616a与第一接触区域620和第一沟槽612a均接触。类似地，第二 电极614包括至少第一导电材料614a和第二导电材料614b，其中第一导电材料614a与第 二接触区域618和第二沟槽612b均接触。第一导电材料616a和614a中的每个可以为大约 200A至500A的氮化钽(TaN)，而第二导电材料616b和614b中的每个可以为大约6000A 的铝(Al)。对第一电极616和第二电极614进行图案化或刻蚀以形成需要的形状。该装置 的金属结点之间的间隔S为大约1 μ m。根据一种实施方式制成的光电探测器(100，300，400和600)的示例性尺寸如下所 示。隔离/埋氧层(404和604)的厚度为大约1 μ m，而波导层(306，406和606)的厚度为 大约200nm。每一隔离区域(208a和208b ；308a ；408a和408b ；以及608a和608b)的厚度各为大约120nm。钝化层(210，310，410和610)的厚度为大约320nm。第一电极(216和 616)和第二电极(214和614)以S =大约0. 1 μ m_大约10 μ m左右的距离隔开。更小的指 间距S可以获得更好的速度性能。用于实现根据本发明的一种实施方式制成的光电探测器(100，300，400和600)的 示例性材料如下所示。第一接触区域(220，420和620)和第二接触区域(218，318，418和 618)均可以由镍-锗、镍-钼-锗、镍-钛-锗和钼-锗所构成的组中的任一种或更多种材 料制成。第一化合价修正吸附物区域(215，415和615)和第二化合价修正吸附物区域(317) 均可以由硫、硒和碲所构成的组中的任一种或更多种材料制成。探测器区域(212，312，412 和612)可以由锗、硅、硅-锗-硅和硅-锗-锗量子井所构成的组中的任一种或更多种材 料制成。钝化层(210，310，410和610)可以由二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅和未掺杂的硅玻 璃所构成的组中的任一种或更多种绝缘材料制成。硅波导层(206，306，406和606)可以由 硅、多晶硅、氮化硅和氮氧化硅所构成的组中的任一种或更多种材料制成。还可以使用其他 折射率高于隔离/埋氧层(404和604)的材料和/或对光电探测器(100，300,400和600) 的工作波长具有穿透性的任意材料用作该波导层(206，306，406和606)。缓冲层(322，422 和622)可以由硅、硅-锗和硅-锗-碳所构成的组中的任一种或更多种材料制成。柔性层 (424和624)可以由硅、硅-锗和硅-锗-碳所构成的组中的任一种或更多种材料制成。隔 离区域(208a和208b ；308a ；408a和408b ；以及608a和608b)可以由二氧化硅、氮化硅和氮 氧化硅所构成的组中的任一种或更多种绝缘材料制成。第一导电材料(314a，614a和616a) 可以由具有低电阻率且在第一导电材料(314a，614a和616a)与接触区域(318，618和620) 相接触时引起高的肖特基势垒高度的材料制成。这样的材料可以为氮化钽、氮化铪、钽和钛 所构成的组中的任一种或更多种，并且第二导电材料(314b，614b和616b)可以为铝、钨和 铜所构成的组中的任一种或更多种具有低电阻率的材料制成。实验结果和讨论图7A和7B示出了根据一种实施方式的光电探测器中的NiGe/Ge结的高分辨率的 透射电子显微镜(HRTEM)图像。图7A示出了沉积在Ge探测器区域712上方的NiGe接触区域718/720，其中，Ge 探测器区域712沉积在Si缓冲层722上方。由图7A可以看出，Ni与Ge的比例随NiGe/Ge 接触区域718/720的厚度的变化而变化。在NiGe接触区域718/720和Ge探测器区域712之间形成厚度为大约70nm的极 佳的分界面701，以限定NiGe/Ge结。X射线衍射(XRD)分析确定，在30秒500°C的快速热 退火(RAT)后，形成了单锗化镍(NiGe)晶相。图7C示出了图7A和7B中的光电探测器的硫分离的NiGe肖特基接触的二次离子 质谱(SIMS)的深度分布图。在锗化工艺的前期执行过程中，注入的硫原子在NiGe接触区域 718/720和Ge探测器区域712之间的分界面701处分离。由于这种分离，在NiGe/Ge分界 面701处的不饱和键可以被有效钝化，同时导致锗化物费米能级的钉扎接近导带边缘。在 大约0. 05-0. 2V的低的反向偏压下，基于热离子发射模型肖特基势垒高度的提取揭示，作 为NiGe/Ge分界面处的硫分离的结果，可以获得大约0. IeV(对于未设置硫分离区域的光电 探测器)至大约0.49eV的空穴肖特基势垒调制。这导致在MSM光电探测器内形成非对称 肖特基势垒，其中，设置有硫分离的接触和未设置硫分离的接触将分别获得高的和低的空穴势垒高度。图8为室温电流-电压(I-V)曲线标绘图，用于比较制备得到的根据本发明的一 个实施方式的设置有硫分离的MGe肖特基势垒MSM光电探测器与未设置硫分离的光电探 测器之间的特性。曲线802、804和806分别表示未设置硫分离且有效直径Φ大约为40μπι， 32 μ m和20 μ m的对照光电探测器的电流-电压(I-V)曲线。曲线808、810和812分别表 示设置了硫分离且有效直径Φ为大约40μπι，32μπι和20 μ m的光电探测器的电流-电压 (I-V)曲线。当外加1.0V的偏置电压Va时，在设备面积为A = 804 μ m2和A = 314 Um2的未 设置硫分离的对照光电探测器内，分别观察到高的暗电流Itok，依次为大约2. 45mA和大 约1.69mA。这样的高的暗电流特性主要归因于大约0. IeV的低的空穴肖特基势垒高度 Φλ814。然而，通过在NiGe/Ge分界面处引入硫分离(参见图7B中的参考标记701)，增加 的大约0. 49eV的肖特基势垒Φ^Μ可以显著抑制多于3个数量级的暗电流。当Va = 1. OV 时，对于设备面积分别为A = 804 μ m2和A = 314 μ m2的硫分离的NiGe肖特基光电探测器， 测量得到的暗电流IDaA分别为大约0. 92 μ A和0. 42 μ A。图9A和9B为根据一个实施方式制成的光电探测器的电流对外加电压Va标绘图。 该光电探测器的有效直径Φ大约为32μπι。图9Α和9Β分别示出了设置有硫分离的MGe 肖特基光电探测器的分别在850nm和1300nm的光子波长处进行光学测量而获得的光电响 应特性的一种实施方式。当Va = 1. OV时，证实可以获得大约0. 36A/W的较佳的频谱响应 或相应的大约34%的量子效率。在这些设备中还获得了大约IO2的相当可观的信噪比。图10为根据一种实施方式制成的光电探测器的响应(dB)对频率(Hz)的标绘图。 图9示出了在1550nm的照明波长下测量得到的光电探测器的频率响应，该频率响应由脉冲 响应的傅里叶变换获得。当施加的偏压为1. OV时，在15GHz附近可以获得大约_3dB的带 宽，这显示出与理论模型结果一致的相匹配的速度性能。虽然已经参照特定实施方式具体示出并描述了实施方式，本领域技术人员应该能 理解到，还可以在不脱离由所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围的前提下对这些 实施方式的形式和细节进行多种变化。由此，本发明的范围由所附权利要求书表示，并且打 算包含归入该权利要求书的等同物的意义和范围的范围内的所有变化。
权利要求
一种光电探测器，包括探测器区域；第一接触区域，形成与所述探测器区域的分界面；以及所述第一接触区域和所述探测器区域之间的第一化合价修正吸附物区域。
2.如权利要求1所述的光电探测器，还包括第二接触区域，形成与所述探测器区域的 分界面，其中，所述第二接触区域与所述第一接触区域电隔离。
3.如权利要求2所述的光电探测器，还包括所述第二接触区域和所述探测器区域之间 的第二化合价修正吸附物区域。
4.如前述任意一项权利要求所述的光电探测器，其中，所述第一接触区域设置于所述 探测器区域上方。
5.如权利要求1-3中任意一项所述的光电探测器，其中，所述第一接触区域和所述第 一化合价修正吸附物区域均形成于所述探测器区域内。
6.如前述任意一项权利要求所述的光电探测器，其中，所述第一接触区域与所述探测 器区域相接触。
7.如权利要求2-6中任意一项所述的光电探测器，其中，所述第二接触区域设置于所 述探测器区域上方。
8.如权利要求3-6中任意一项所述的光电探测器，其中，所述第二接触区域和所述第 二化合价修正吸附物区域均形成于所述探测器区域内。
9.如权利要求2-8中任意一项所述的光电探测器，其中，所述第二接触区域与所述探 测器区域相接触。
10.如前述任意一项权利要求所述的光电探测器，还包括设置于所述探测器区域上方的钝化层，所述钝化层具有第一沟槽，其中，所述第一接触 区域和所述第一化合价修正吸附物区域均设置于所述第一沟槽内。
11.如权利要求2所述的光电探测器，还包括设置于所述探测器区域上方的钝化层，所述钝化层具有第一沟槽和第二沟槽，使得所 述钝化层位于所述第一沟槽和所述第二沟槽之间的区域与所述钝化层的其余部分不连续，其中，所述第一接触区域和所述第一化合价修正吸附物区域均设置于所述第一沟槽 内，并且其中，所述第二接触区域设置于所述第二沟槽内。
12.如权利要求3-9中任意一项所述的光电探测器，还包括设置于所述探测器区域上方的钝化层，所述钝化层具有第一沟槽和第二沟槽，使得所 述钝化层位于所述第一沟槽和所述第二沟槽之间的区域与所述钝化层的其余部分不连续，其中，所述第一接触区域和所述第一化合价修正吸附物区域均设置于所述第一沟槽 内，并且其中，所述第二接触区域和所述第二化合价修正吸附物区域均设置于所述第二沟 槽内。
13.如前述任意一项权利要求所述的光电探测器，还包括波导层，其中，所述探测器区域设置于所述波导层上方。
14.如权利要求13所述的光电探测器，还包括设置于所述探测器区域和所述波导层之间的缓冲层。
15.如权利要求14所述的光电探测器，还包括2设置于所述缓冲层和所述波导层之间的柔性层。
16.如权利要求13-15中任意一项所述的光电探测器，还包括设置于所述波导层上方并邻近于所述探测器区域的相对边缘的隔离区域。
17.如权利要求13-16中任意一项所述的光电探测器，还包括隔离层，其中，所述波导层设置于所述隔离层上方。
18.如权利要求10-16中任意一项所述的光电探测器，还包括设置于所述第一接触区域上方并与所述第一沟槽相接触的第一电极。
19.如权利要求11-17中任意一项所述的光电探测器，还包括设置于所述第一接触区域上方并与所述第一沟槽相接触的第一电极，以及设置于所述 第二接触区域上方并与所述第二沟槽相接触的第二电极。
20.如权利要求18或19所述的光电探测器，其中，所述第一电极包括至少第一导电材 料和第二导电材料，其中，所述第一导电材料与所述第一接触区域和所述第一沟槽相接触。
21.如权利要求19或21所述的光电探测器，其中，所述第二电极包括至少第一导电材 料和第二导电材料，其中，所述第一导电材料与所述第二接触区域和所述第二沟槽相接触。
22.如前述任意一项权利要求所述的光电探测器，其中，所述第一接触区域包括由 镍_锗、镍-钼-锗、镍-钛-锗和钼_锗构成的组中的任一种或更多种。
23.如权利要求2-22中任意一项所述的光电探测器，其中，所述第二接触区域包括由 镍_锗、镍-钼-锗、镍-钛-锗和钼_锗构成的组中的任一种或更多种。
24.如前述任意一项权利要求所述的光电探测器，其中，所述第一化合价修正吸附物区 域包括由硫、硒和碲构成的组中的任一种或更多种。
25.如权利要求3-24中任意一项所述的光电探测器，其中，所述第二化合价修正吸附 物区域包括由硫、硒和碲构成的组中的任一种或更多种。
26.如前述任意一项权利要求所述的光电探测器，其中，所述探测器区域包括由锗、硅、 硅-锗-硅和硅-锗-锗构成的组中的任一种或更多种。
27.如权利要求12-26中任意一项所述的光电探测器，其中，所述钝化层包括由二氧化 硅、氮化硅、氮氧化硅和未掺杂的硅玻璃构成的绝缘材料中的任一种或更多种。
28.如权利要求15-27中任意一项所述的光电探测器，其中，所述波导层包括由硅、多 晶硅、氮化硅和氮氧化硅构成的组中的任一种或更多种。
29.如权利要求16-28中任意一项所述的光电探测器，其中，所述缓冲层包括由硅、 硅_锗和硅-锗-碳构成的组中的任一种或更多种。
30.如权利要求17-29中任意一项所述的光电探测器，其中，所述柔性层包括由硅、 硅_锗和硅-锗-碳构成的组中的任一种或更多种。
31.如权利要求18-30中任意一项所述的光电探测器，其中，所述隔离区域包括由二氧 化硅、氮化硅和氮氧化硅构成的绝缘材料中的任一种或更多种。
32.如权利要求22-31中任意一项所述的光电探测器，其中，所述第一导电材料包括由 氮化钽、氮化钛、氮化铪、钽和钛构成的组中的任一种或更多种；以及所述第二导电材料包 括由铝、钨和铜构成的材料组中的任一种或更多种。
33.一种形成光电探测器的方法，所述方法包括形成探测器区域；形成第一接触区域，作为与所述探测器区域的分界面；以及在所述第一接触区域和所述探测器区域之间形成第一化合价修正吸附物区域。
34.如权利要求33所述的方法，还包括形成第二接触区域，作为与所述探测器区域的分界面，其中，所述第二接触区域与所述 第一接触区域电隔离。
35.如权利要求34所述的方法，还包括在所述第二接触区域和所述探测器区域之间形成第二化合价修正吸附物区域。
36.如权利要求33-35中任意一项所述的方法，其中，所述第一接触区域形成于所述探 测器区域上方。
37.如权利要求33-35中任意一项所述的方法，其中，所述第一接触区域和所述第一化 合价修正吸附物区域均形成于所述探测器区域内。
38.如权利要求34-37中任意一项所述的方法，其中，所述第二接触区域形成于所述探 测器区域上方。
39.如权利要求35-37中任意一项所述的方法，其中，所述第二接触区域和所述第二化 合价修正吸附物区域均形成于所述探测器区域内。
40.如权利要求33-39中任意一项所述的方法，其中，形成所述第一接触区域还包括在所述探测器区域上形成钝化层；以及在所述钝化层内形成第一沟槽，其中，所述第一接触区域和所述第一化合价修正吸附 物区域均形成于所述第一沟槽内。
41.如权利要求34所述的方法，其中，形成所述第一接触区域和形成所述第二接触区 域还包括在所述探测器区域上形成钝化层；以及在所述钝化层内形成第一沟槽和第二沟槽，使得所述钝化层位于所述第一沟槽和所述 第二沟槽之间的区域与所述钝化层的其余部分不连续，其中，所述第一接触区域和所述第一化合价修正吸附物区域均形成于所述第一沟槽 内，并且其中，所述第二化合价修正吸附物区域形成于所述第二沟槽内。
42.如权利要求35-39中任意一项所述的方法，其中，形成所述第一接触区域和形成所 述第二接触区域还包括在所述探测器区域上形成钝化层；以及在所述钝化层内形成第一沟槽和第二沟槽，使得所述钝化层位于所述第一沟槽和所述 第二沟槽之间的区域与所述钝化层的其余部分不连续，其中，所述第一接触区域和所述第一化合价修正吸附物区域均形成于所述第一沟槽 内，并且其中，所述第二接触区域和所述第二化合价修正吸附物区域均设置于所述第二沟 槽内。
43.如权利要求33-42中任意一项所述的方法，其中，所述探测器区域形成于波导层上。
44.如权利要求43所述的方法，其中，形成所述探测器区域还包括在所述探测器区域 和所述波导层之间形成缓冲层。
45.如权利要求44所述的方法，其中，形成所述探测器区域还包括在所述缓冲层和所述波导层之间形成柔性层。
46.如权利要求43-45中任意一项所述的方法，其中，形成所述探测器区域还包括在 所述波导层上形成隔离区域，使得所述隔离区域邻近于所述探测器区域的相对边缘。
47.如权利要求43-46中任意一项所述的方法，其中，所述波导层形成于隔离层上。
48.如权利要求41-47中任意一项所述的方法，还包括在所述第一接触区域上方形成第一电极，且所述第一电极与所述第一沟槽相接触。
49.如权利要求41-47中任意一项所述的方法，还包括在所述第一接触区域上方形成第一电极，且所述第一电极与所述第一沟槽相接触；以及在所述第二接触区域上方形成第二电极，且所述第二电极与所述第二沟槽相接触。
50.如权利要求48或49所述的方法，其中所述第一电极包括至少第一导电材料和第二 导电材料，并且其中，所述第一导电材料与所述第一接触区域和所述第一沟槽相接触。
51.如权利要求49或50所述的方法，其中所述第二电极包括至少第一导电材料和第二 导电材料，并且其中，所述第一导电材料与所述第二接触区域和所述第二沟槽相接触。
52.如权利要求33-51中任意一项所述的方法，其中，所述探测器区域通过选择性外延 生长形成。
53.如权利要求33-52中任意一项所述的方法，其中，所述第一接触区域通过沉积和随 后的快速热退火(RTA)形成。
54.如权利要求34-53中任意一项所述的方法，其中，所述第二接触区域通过沉积和随 后的快速热退火(RTA)形成。
55.如权利要求33-54中任意一项所述的方法，其中，所述第一化合价修正吸附物区域 通过沉积或离子注入形成。
56.如权利要求33-55中任意一项所述的方法，其中，所述第二化合价修正吸附物区域 通过沉积或离子注入形成。
57.如权利要求40-56中任意一项所述的方法，其中，所述钝化层通过PECVD形成。
58.如权利要求40-57中任意一项所述的方法，其中，所述第一沟槽通过接触孔图案化 和刻蚀形成。
59.如权利要求41-56中任意一项所述的方法，其中，所述第一沟槽和所述第二沟槽通 过接触孔图案化和刻蚀形成。
60.如权利要求43-59中任意一项所述的方法，其中，所述波导层通过光刻图案化和刻 蚀工艺和/或通过薄膜沉积形成。
61.如权利要求44-60中任意一项所述的方法，其中，所述缓冲层通过选择性外延生长 形成。
62.如权利要求45-61中任意一项所述的方法，其中，所述柔性层通过选择性外延生长 形成。
63.如权利要求47-62中任意一项所述的方法，其中，所述隔离区域通过PECVD形成。
64.如权利要求48-63中任意一项所述的方法，其中，所述第一电极通过沉积形成。
65.如权利要求49-64中任意一项所述的方法，其中，所述第一电极和所述第二电极通 过沉积形成。
66. 一种光电探测器，包括 探测器区域； 第一接触区域；以及第一化合价修正吸附物区域，形成所述探测器区域和所述第一接触区域之间的分界 面，其中，所述第一化合价修正吸附物区域钝化所述第一接触区域和所述探测器区域之间 的不饱和键。
全文摘要
根据一种实施方式，提供一种光电探测器，包括探测器区域；第一接触区域，形成与所述探测器区域的分界面；以及第一化合价修正吸附物区域，位于所述第一接触区域和所述探测器区域之间。
文档编号H01L21/02GK101981703SQ200880126841
公开日2011年2月23日 申请日期2008年5月30日 优先权日2008年2月15日
发明者卡·维·安, 国强·帕特里克·卢, 明斌·羽 申请人:新加坡科技研究局