基于纵向结构的发光二极管制造技术

本发明专利技术涉及一种基于纵向结构的发光二极管(10)，包括：Si衬底(11)；Si、Ge叠层材料形成的PiN台阶结构(13)，设置于所述Si衬底(11)表面的中心位置处；正电极(15)，设置于所述PiN台阶结构(13)的上表面；负电极(17)，设置于所述Si衬底(11)的上表面并位于PiN台阶结构(13)两侧的位置处，以形成纵向结构的所述发光二极管(10)。本发明专利技术纵向结构的发光二极管，利用Si衬底与Ge外延层界面特性好的优势，利用N型Si/张应变Ge/P型Ge纵向结构，极大地提高发光二极管的发光效率。

【技术实现步骤摘要】
基于纵向结构的发光二极管
本专利技术属于光通信
，特别涉及一种基于纵向结构的发光二极管。
技术介绍
光通信技术是一种以光波为传输媒质的通信方式。光波和无线电波同属电磁波，但光波的频率比无线电波的频率高，波长比无线电波的波长短。因此，具有传输频带宽、通信容量大和抗电磁干扰能力强等优点。常用的光通信有：大气激光通信、光纤通信、蓝绿光通信、红外线通信、紫外线通信等。对于红外通信，是利用红外线(波长300μm～0.76μm)传输信息的通信方式。可传输语言、文字、数据、图像等信息，适用于沿海岛屿间、近距离遥控、飞行器内部通信等。其通信容量大、保密性强、抗电磁干扰性能好，设备结构简单，体积小、重量轻、价格低。目前，发光效率是衡量红外LED的一个重要因素，采用何种LED结构来提高发光效率就变得极其重要。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种基于纵向结构的发光二极管10，其中，包括：Si衬底11；Si、Ge叠层材料形成的PiN台阶结构13，设置于所述Si衬底11表面的中心位置处；正电极15，设置于所述PiN台阶结构13的上表面；负电极17，设置于所述Si衬底11的上表面并位于PiN台阶结构13两侧的位置处，以形成纵向结构的所述发光二极管10。在本专利技术的一个实施例中，所述Si衬底11为N型单晶Si材料。在本专利技术的一个实施例中，所述PiN台阶结构13依次包括N型Si外延层、张应变Ge层、P型Ge层，且所述N型Si外延层、所述张应变Ge层及所述P型Ge层形成PiN结构。在本专利技术的一个实施例中，所述N型Si外延层的厚度为120～200nm，且其掺杂浓度为5×1019～1×1020cm-3。在本专利技术的一个实施例中，所述张应变Ge层包括晶化Ge层和Ge外延层。在本专利技术的一个实施例中，所述晶化Ge层是由Ge籽晶层和Ge主体层经过晶化处理后形成的。在本专利技术的一个实施例中，所述晶化Ge层是由Ge籽晶层和Ge主体层经过晶化处理后形成的。在本专利技术的一个实施例中，所述Ge籽晶层厚度为40～50nm；所述Ge主体层厚度为150～200nm。在本专利技术的一个实施例中，所述晶化处理包括如下步骤：将包括所述Si衬底11、所述N型Si外延层、所述Ge籽晶层、所述Ge主体层的整个衬底材料加热至700℃；利用LRC工艺晶化所述整个衬底材料；其中LRC工艺的激光波长为808nm，激光光斑尺寸10mm×1mm，激光功率为1.5kW/cm2，激光移动速度为25mm/s；对所述整个衬底材料进行高温热退火处理以完成所述晶化处理。在本专利技术的一个实施例中，所述Ge外延层为本征Ge材料，且其厚度为400～450nm。在本专利技术的一个实施例中，所述P型Ge层的厚度为180～200nm，且其掺杂浓度为0.5×1019～1×1019cm-3。在本专利技术的一个实施例中，所述发光二极管还包括钝化层，所述钝化层设置于所述Si衬底及所述PiN结构的上表面，用于隔离所述正电极15及所述负电极17。在本专利技术的一个实施例中，所述钝化层为SiO2材料，且其厚度为150～200nm。在本专利技术的一个实施例中，所述正电极15和所述负电极17为Cr或者Au材料，且其厚度为150～200nm。需要说明强调的是，激光再晶化(Laserre-crystallization,简称LRC)工艺是一种热致相变结晶的方法，通过激光热处理，使Si衬底上Ge外延层熔化再结晶，横向释放Ge外延层的位错缺陷，不仅可获得高质量的Ge外延层，同时，由于LRC工艺可精确控制晶化区域，一方面避免了常规工艺中Si衬底与Ge外延层之间的Si、Ge互扩问题，另一方面Si/Ge之间材料界面特性好。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：1)本专利技术利用n++-Si/张应变Ge/p+-Ge纵向结构，可解决现有常规工艺水平下Ge外延层N型掺杂浓度低导致的器件性能退化问题，且利用其作为Si衬底上GeLED有源区，使得发光二极管的发光效率明显提升；2)本专利技术利用LRC工艺，使Si衬底与Ge外延层界面特性变优，具有Ge外延层位错密度低的优点，从而进一步提高发光二极管的发光效率。附图说明下面将结合附图，对本专利技术的具体实施方式进行详细的说明。图1为本专利技术实施例提供的一种发光二极管的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种晶化处理工艺的流程示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种LRC工艺方法示意图。图4为本专利技术实施例提供的另一种发光二极管的结构示意图；图5a-图5k为本专利技术实施例的一种基于纵向结构的发光二极管的制备工艺示意图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步详细的描述，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例一请参见图1，图1为本专利技术实施例提供的一种发光二极管的结构示意图。该发光二极管10包括：Si衬底11；Si、Ge叠层材料形成的PiN台阶结构13，设置于所述Si衬底11表面的中心位置处；正电极15，设置于所述PiN台阶结构13的上表面；负电极17，设置于所述Si衬底11的上表面并位于PiN台阶结构13两侧的位置处，以形成纵向结构的所述发光二极管10。其中，所述Si衬底11为N型单晶Si材料。优选地，所述PiN台阶结构13依次包括N型Si外延层、张应变Ge层、P型Ge层，且所述N型Si外延层、所述张应变Ge层及所述P型Ge层形成PiN结构。其中，所述N型Si外延层的厚度为120～200nm，且其掺杂浓度为5×1019～1×1020cm-3。其中，所述张应变Ge层包括晶化Ge层和Ge外延层。进一步地，所述晶化Ge层是由Ge籽晶层和Ge主体层经过晶化处理后形成的。可选地，所述晶化Ge层是由Ge籽晶层和Ge主体层经过晶化处理后形成的。其中，所述Ge籽晶层厚度为40～50nm；所述Ge主体层厚度为150～200nm。优选地，请参见图2，图2为本专利技术实施例提供的一种晶化处理工艺的流程示意图。所述晶化处理包括如下步骤：步骤1、将包括所述Si衬底11、所述N型Si外延层、所述Ge籽晶层、所述Ge主体层的整个衬底材料加热至700℃；步骤2、利用LRC工艺晶化所述整个衬底材料；其中LRC工艺的激光波长为808nm，激光光斑尺寸10mm×1mm，激光功率为1.5kW/cm2，激光移动速度为25mm/s；步骤3、对所述整个衬底材料进行高温热退火处理以完成所述晶化处理。请进一步参见图3，图3为本专利技术实施例提供的一种LRC工艺方法示意图，LRC工艺是一种热致相变结晶的方法，通过激光热处理，使Si衬底上Ge外延层熔化再结晶，横向释放Ge外延层的位错缺陷，不仅可获得高质量的Ge外延层，同时，由于LRC工艺可精确控制晶化区域，一方面避免了常规工艺中Si衬底与Ge外延层之间的Si、Ge互扩问题，另一方面Si/Ge之间材料界面特性好。可选地，所述Ge外延层为本征Ge材料，且其厚度为400～450nm。可选地，所述P型Ge层的厚度为180～200nm，且其掺杂浓度为0.5×1019～1×1019cm-3。可选地，所述发光二极管还包括钝化层，所述钝化层设置于所述Si衬底及所述PiN结构的上表面，用于隔离所述正电极15及所述负电极17。其中，所述钝化层为SiO2材料，且其厚度为150～200nm。优选地，所述正电极15和所述负电极17为Cr或者Au材料，且其厚度为1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于纵向结构的发光二极管(10)，其特征在于，包括：Si衬底(11)；Si、Ge叠层材料形成的PiN台阶结构(13)，设置于所述Si衬底(11)表面的中心位置处；正电极(15)，设置于所述PiN台阶结构(13)的上表面；负电极(17)，设置于所述Si衬底(11)的上表面并位于PiN台阶结构(13)两侧的位置处，以形成纵向结构的所述发光二极管(10)。

【技术特征摘要】
1.一种基于纵向结构的发光二极管(10)，其特征在于，包括：Si衬底(11)；Si、Ge叠层材料形成的PiN台阶结构(13)，设置于所述Si衬底(11)表面的中心位置处；正电极(15)，设置于所述PiN台阶结构(13)的上表面；负电极(17)，设置于所述Si衬底(11)的上表面并位于PiN台阶结构(13)两侧的位置处，以形成纵向结构的所述发光二极管(10)。2.根据权利要求1所述的发光二极管(10)，其特征在于，所述Si衬底(11)为N型单晶Si材料。3.根据权利要求1所述的发光二极管(10)，其特征在于，所述PiN台阶结构(13)依次包括N型Si外延层、张应变Ge层、P型Ge层，且所述N型Si外延层、所述张应变Ge层及所述P型Ge层形成PiN结构。4.根据权利要求3所述的发光二极管(10)，其特征在于，所述N型Si外延层的厚度为120～200nm，且其掺杂浓度为5×1019～1×1020cm-3。5.根据权利要求3所述的发光二极管(10)，其特征在于，所述张应变Ge层包括晶化Ge层和Ge外延层。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晶晶，
申请(专利权)人：厦门科锐捷半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建,35