横向结构LED及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种横向结构LED及其制备方法，所述制备方法包括：选取SOI衬底；在所述SOI衬底上生长外延层；制作晶化Ge层；在所述晶化Ge层上生长制作脊状Ge‑Sn合金层；在所述脊状Ge‑Sn合金层中制作N型Ge‑Sn合金层及P型Ge‑Sn合金层；制作电极以完成所述LED的制备。本发明专利技术利用激光再晶化工艺，处理SOI衬底上的Ge外延层，使其熔化再结晶，横向释放Ge外延层的位错缺陷，获得低位错密度的Ge外延层；同时，由于LRC工艺可精确控制晶化区域，Si与Ge之间材料界面特性好，从而提高了器件性能。

Transverse structure LED and preparation method thereof

The invention relates to a transverse LED structure and a preparation method thereof. The preparation method comprises the following steps: selecting a SOI substrate; growth of epitaxial layer on the SOI substrate; making crystallization layer Ge; growth on the crystallization of Ge layer making ridge Ge Sn alloy layer; N type Ge Sn alloy layer P and Ge Sn alloy layer on the ridge of the Ge Sn alloy layer; the electrode to complete the preparation of LED. The invention uses laser crystallization process, Ge epitaxial layer on the SOI substrate, the melting recrystallization, dislocation of lateral release of Ge epitaxial layer, Ge epitaxial layer with low dislocation density; at the same time, because the LRC technology can accurately control the crystallization region between Si and Ge in material surface characteristics, so as to improve the the performance of the device.

【技术实现步骤摘要】
横向结构LED及其制备方法
本专利技术属于集成电路
，特别涉及一种横向结构LED及其制备方法。
技术介绍
近年来，为克服大规模集成电路中金属互连信号延迟与功耗的问题，Si光电子技术作为高速光互联中的核心技术，已成为领域内研究发展的热点和重点。高质量的Si基片上光源器件，是实现Si基单片光电集成的一个重要环节。Ge为间接带隙半导体，通过Sn合金化改性技术(Sn组分大于8％)，其可转变为直接带隙半导体。直接带隙Ge-Sn合金合金应用于Si基波导型LED，不仅器件的发光效率高，且与Si工艺兼容，已成为当前领域内研究、应用的重点。由于Ge-Sn合金合金与Si衬底晶格失配大，直接在Si衬底上制备高质量Ge-Sn合金合金比较困难。工艺上的解决方案是，Si衬底上先制备Ge缓冲层，然后在Ge缓冲层上进一步制备Ge-Sn合金合金。因此，Si衬底上Ge缓冲层的质量直接关系到后续Ge-Sn合金合金的质量。从目前Si衬底上Ge缓冲层的实现情况来看，由于Si衬底与Ge外延层之间晶格失配较大，常规工艺制备的Ge缓冲层位错密度高，不利于后续高质量Ge-Sn合金合金的制备。
技术实现思路
因此，为解决现有技术存在的技术缺陷和不足，本专利技术提出一种横向结构LED及其制备方法。本专利技术的实施例提供了一种横向结构LED的制备方法，所述制备方法包括：(a)选取SOI衬底；(b)在所述SOI衬底上生长Ge外延层；(c)对所述Ge外延层进行晶化处理形成晶化Ge层；(d)在所述晶化Ge层上生长制作脊状Ge-Sn合金层；(e)在所述脊状Ge-Sn合金层中制作N型Ge-Sn合金层及P型Ge-Sn合金层；(f)制作电极以完成所述LED的制备。在本专利技术的一个实施例中，步骤(b)包括：(b1)在275℃～325℃温度下，利用CVD工艺在所述SOI衬底上生长Ge籽晶层；(b2在500℃～600℃温度下，利用CVD工艺在在所述Ge籽晶层上生长Ge主体层；(b3)利用CVD工艺在所述Ge主体层上生成第一SiO2保护层。在本专利技术的一个实施例中，步骤(c)包括：(c1)将包括所述SOI衬底、所述外延层的整个材料加热至700℃；(c2)利用激光再晶化工艺，处理包括所述SOI衬底、所述外延层的整个材料；(c3)利用干法刻蚀工艺，刻蚀所述第一SiO2保护层，得到所述晶化Ge层。其中，激光再晶化工艺(Laserre-crystallization,简称LRC)，是一种热致相变结晶的方法，通过激光热处理，使衬底上Ge层熔化再结晶，横向释放Ge层的位错缺陷，不仅可获得高质量的Ge层，还可以克服常规两步法工艺存在的问题。在本专利技术的一个实施例中，步骤(d)包括：(d1)将温度降到350℃以下，在H2氛围中，以SnCl4和GeH4分别作为Sn和Ge源，掺Sn组分为8％，掺Ge组分为92％，生长Ge-Sn合金层。(d2)利用干法刻蚀工艺，刻蚀部分区域的所述Ge-Sn合金层形成所述脊状Ge-Sn合金层。在本专利技术的一个实施例中,步骤(e)包括：(e11)在所述脊状Ge-Sn合金层上生长第二SiO2保护层；(e12)利用干法刻蚀工艺，刻蚀所述第二SiO2保护层的指定区域，在所述脊状Ge-Sn合金层表面形成第一待掺杂区域；(e13)利用离子注入工艺，在所述第一待掺杂区域注入P离子，形成N型Ge-Sn合金层；(e14)对包括所述N型Ge-Sn合金层的整个材料进行退火处理，然后利用干法刻蚀工艺，刻蚀掉所述第二SiO2保护层。在本专利技术的一个实施例中，步骤(e)还包括：(e21)在所述脊状Ge-Sn合金层上生长第三SiO2保护层；(e22)利用干法刻蚀工艺，刻蚀所述第三SiO2保护层的指定区域，在所述脊状Ge-Sn合金层表面形成第二待掺杂区域；(e23)利用离子注入工艺，在所述第二待掺杂区域注入B离子，形成P型Ge-Sn合金层；(e24)对包括所述P型Ge-Sn合金层的整个材料进行退火处理，然后利用干法刻蚀工艺，刻蚀掉所述第三SiO2保护层。在本专利技术的一个实施例中，步骤(f)包括：(f1)在所述脊状Ge-Sn合金层、所述N型Ge-Sn合金层及所述P型Ge-Sn合金层表面生长SiO2钝化层；(f2)利用干法刻蚀工艺，刻蚀所述SiO2钝化层的指定区域，形成金属接触孔；(f3)利用电子束蒸发工艺，在所述金属接触孔区域生长Cr-Au合金层作为电极，以完成所述LED的制备。在本专利技术的另一个实施例提供了一种横向结构LED，包括SOI衬底、晶化Ge层、脊状Ge-Sn合金层、N型Ge-Sn合金层、P型Ge-Sn合金层、Cr-Au合金电极及SiO2钝化层，其中，所述LED由上述实施例中的任一项所述的方法制备形成。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术利用LRC工艺，处理SOI衬底上的Ge外延层，使其熔化再结晶，横向释放Ge外延层的位错缺陷，获得低位错密度的Ge外延层；同时，由于LRC工艺可精确控制晶化区域，Si与Ge之间材料界面特性好，从而提高了器件性能。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横向结构LED的制备方法流程图；图2为本专利技术实施例提供的一种LRC工艺示意图；图3a-图3l为本专利技术实施例的一种横向结构LED的制备方法示意图；图4为本专利技术实施例的一种横向结构LED的结构示意图。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横向结构LED的制备方法流程图，其中，所述制备方法包括：(a)选取SOI衬底；(b)在SOI衬底上生长Ge外延层；(c)对所述Ge外延层进行晶化处理形成晶化Ge层；(d)在晶化Ge层上生长制作脊状Ge-Sn合金层；(e)在脊状Ge-Sn合金层中制作N型Ge-Sn合金层及P型Ge-Sn合金层；(f)制作电极以完成LED的制备。优选地，步骤(b)包括：(b1)在275℃～325℃温度下，利用CVD工艺在SOI衬底上生长Ge籽晶层；(b2在500℃～600℃温度下，利用CVD工艺在在Ge籽晶层上生长Ge主体层；(b3)利用CVD工艺在Ge主体层上生成第一SiO2保护层。其中，在步骤(b)中，Ge籽晶层厚40～50nmnm；Ge主体层的厚度为120～150nm；第一SiO2氧化层的厚度为150nm。优选地，步骤(c)包括：(c1)将包括SOI衬底、外延层的整个材料加热至700℃；(c2)利用激光再晶化工艺，处理包括SOI衬底、外延层的整个材料；(c3)利用干法刻蚀工艺，刻蚀第一SiO2保护层，得到所述晶化Ge层。其中，在步骤(c)中，激光再晶化工艺中激光波长为808nm，激光光斑尺寸为10mm×1mm，激光功率为1.5kW/cm2，激光移动速度为25mm/s。优选地，步骤(d)包括：(d1)将温度降到350℃以下，在H2氛围中，以SnCl4和GeH4分别作为Sn和Ge源，掺Sn组分为8％，掺Ge组分为92％，生长150～200nm的Ge-Sn合金层。(d2)利用干法刻蚀工艺，刻蚀部分区域的Ge-Sn合金层形成所述脊状Ge-Sn合金层。其中，在步骤(d)中，Ge-Sn合金层的厚度为750～800nm；脊状Ge-Sn合金层的厚度为350nm，宽度为1μ本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种横向结构LED的制备方法，其特征在于，包括：(a)选取SOI衬底；(b)在所述SOI衬底上生长Ge外延层；(c)对所述Ge外延层进行晶化处理形成晶化Ge层；(d)在所述晶化Ge层上生长制作脊状Ge‑Sn合金层；(e)在所述脊状Ge‑Sn合金层中制作N型Ge‑Sn合金层及P型Ge‑Sn合金层；(f)制作电极以完成所述LED的制备。

【技术特征摘要】
1.一种横向结构LED的制备方法，其特征在于，包括：(a)选取SOI衬底；(b)在所述SOI衬底上生长Ge外延层；(c)对所述Ge外延层进行晶化处理形成晶化Ge层；(d)在所述晶化Ge层上生长制作脊状Ge-Sn合金层；(e)在所述脊状Ge-Sn合金层中制作N型Ge-Sn合金层及P型Ge-Sn合金层；(f)制作电极以完成所述LED的制备。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(b)包括：(b1)在275℃～325℃温度下，利用CVD工艺在所述SOI衬底上生长Ge籽晶层；(b2)在500℃～600℃温度下，利用CVD工艺在在所述Ge籽晶层上生长Ge主体层以形成所述外延层；(b3)利用CVD工艺在所述Ge主体层上生长第一保护层。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(c)包括：(c1)将包括所述SOI衬底、所述Ge外延层的整个材料加热至700℃；(c2)利用激光再晶化工艺，对所述整个材料进行晶化处理；(c3)利用干法刻蚀工艺，刻蚀所述第一保护层，得到所述晶化Ge层。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述激光再晶化工艺中激光波长为808nm，激光光斑尺寸为10mm×1mm，激光功率为1.5kW/cm2，激光移动速度为25mm/s。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(d)包括：(d1)在H2氛围中，以SnCl4和GeH4分别作为Sn和Ge源，掺Sn组分为8％，掺Ge组分为92％，生长所述Ge-Sn合金层。(d2)利用干法刻蚀工艺，刻蚀部分区域的所述Ge-Sn合金层形成所述脊状Ge-Sn合金层。6.根据权利要求1所述的制备方法，...

【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