基于横向结构发光二极管制造技术

本发明专利技术涉及一种基于横向结构发光二极管，包括：SOI衬底；Ge外延层，设置于SOI衬底的上表面；GeSn层，设置于Ge外延层的上表面的中间位置处；N型Ge区域，由Ge外延层掺杂形成，位于GeSn层一侧；P型Ge区域，由Ge外延层掺杂形成，位于GeSn层另一侧；P型Ge区域、GeSn层和N型Ge区域形成脊形横向的PiN结构：正电极，设置于P型Ge区域的上表面；负电极，设置于N型Ge区域的上表面，以形成基于横向结构发光二极管。本发明专利技术提供的基于横向结构发光二极管，利用Ge外延层位错密度低的优点，利用p

Light emitting diode based on lateral structure

The invention relates to a horizontal structure of light emitting diode, which is based on a SOI substrate; Ge epitaxial layer formed on the surface of SOI substrate; GeSn layer, is arranged on the upper surface of the Ge epitaxial layer in the middle position; N Ge region, formed by Ge doped epitaxial layer, GeSn layer is located in the side of P Ge; area formed by Ge doped epitaxial layer, in GeSn layer on the other side; P Ge region, GeSn layer and N Ge formed PiN structure transverse ridge: positive electrode formed on the surface of P in Ge region; the negative electrode, the upper surface is set in the N Ge area, in order to form based on the transverse structure of light emitting diode. The invention provides a light-emitting diode based on a transverse structure, which utilizes the advantage of Ge epitaxial layer with low error density and uses p

【技术实现步骤摘要】
基于横向结构发光二极管
本专利技术属半导体器件制备
，特别涉及一种基于横向结构发光二极管。
技术介绍
近年来，随着光通信技术的发展，高速光纤通信系统对半导体发光二极管(Light-emittingDiode,简称LED)要求也越来越高，集成化的发展趋势要求半导体LED与其他光电器件集成。如果能将它们集成在一个芯片上，信息传输速度，储存和处理能力将得到大大提高，这将使信息技术发展到一个全新的阶段。因此，对发光器件的研究，已成为当前领域内研究的热点和重点。传统的纵向PiN结构发光器件不适于波导兼容。若考虑光互联中发光器件与波导的集成，横向PiN发光器件的i区不仅是器件的发光区域，也是光传输的波导区。因此，设计制造横向波导型LED将是未来光电集成的重要方向之一。然而，目前横向LED由于制备工艺等限制，其发光效率仍然是一个限制LED进一步发展的重要原因。因此如何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横向结构发光二极管1，包括：SOI衬底11；Ge外延层12，设置于SOI衬底11的上表面；GeSn层13，设置于Ge外延层12的上表面的中间位置处；N型Ge区域14，由Ge外延层12掺杂形成，位于GeSn层13一侧；P型Ge区域15，由Ge外延层12掺杂形成，位于GeSn层13另一侧；P型Ge区域15、GeSn层13和N型Ge区域14形成脊形横向的PiN结构：正电极16，设置于P型Ge区域15的上表面；负电极17，设置于N型Ge区域14的上表面，以形成基于横向结构发光二极管1。在本专利技术的一个实施例中，Ge外延层12包括Ge籽晶层和Ge主体层；将Ge籽晶层和Ge主体层经过晶化处理后形成Ge外延层12。在本专利技术的一个实施例中，晶化处理包括如下步骤：将包括SOI衬底11、Ge籽晶层、Ge主体层的整个衬底材料加热至700℃；采用激光再晶化(Laserre-crystallization,简称LRC)工艺晶化整个衬底材料；其中LRC工艺激光波长为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；对整个衬底材料进行高温热退火处理以完成晶化处理。在本专利技术的一个实施例中，Ge籽晶层厚度为40～50nm；Ge主体层厚度为120～150nm。在本专利技术的一个实施例中，GeSn层13厚度为250～300nm。在本专利技术的一个实施例中，N型Ge区域掺杂源为P离子，掺杂浓度为1×1019cm-3。在本专利技术的一个实施例中，P型Ge区域掺杂源为B离子，掺杂浓度为1×1019cm-3。在本专利技术的一个实施例中，还包括钝化层，钝化层设置于PiN结构的上表面，用于隔离正电极16及负电极17。在本专利技术的一个实施例中，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，正电极16和负电极17为Cr或者Au材料，且其厚度为150～200nm。需要说明强调的是，LRC工艺是一种热致相变结晶的方法，通过激光热处理，使SOI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SOI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)本专利技术采用的激光再晶化工艺，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。2)本专利技术采用p+-Ge/直接带隙GeSn/n+-Ge的横向波导型结构PiN，不仅器件发光效率高，也有利于发光器件与波导的集成。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基于横向结构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基于横向结构发光二极管的结构示意图；图5a-图5l为本专利技术实施例的一种基于横向结构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基于横向结构发光二极管的结构示意图，包括：SOI衬底11；Ge外延层12，设置于SOI衬底11的上表面；GeSn层13，设置于Ge外延层12的上表面的中间位置处；N型Ge区域14，由Ge外延层12掺杂形成，位于GeSn层13一侧；P型Ge区域15，由Ge外延层12掺杂形成，位于GeSn层13另一侧；P型Ge区域15、GeSn层13和N型Ge区域14形成脊形横向的PiN结构：正电极16，设置于P型Ge区域15的上表面；负电极17，设置于N型Ge区域14的上表面，以形成基于横向结构发光二极管1。其中，Ge外延层12包括Ge籽晶层和Ge主体层；将Ge籽晶层和Ge主体层经过晶化处理后形成Ge外延层12。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。晶化处理包括如下步骤：步骤1、将包括SOI衬底11、Ge籽晶层、Ge主体层的整个衬底材料加热至700℃；步骤2、采用激光再晶化(Laserre-crystallization,简称LRC)工艺晶化整个衬底材料；其中LRC工艺激光波长为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、对整个衬底材料进行高温热退火处理以完成晶化处理。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SOI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SOI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，Ge籽晶层厚度为40～50nm；Ge主体层厚度为120～150nm。可选地，GeSn层13厚度为250～300nm。可选地，N型Ge区域掺杂源为P离子，掺杂浓度为1×1019cm-3。可选地，P型Ge区域掺杂源为B离子，掺杂浓度为1×1019cm-3。优选地，还包括钝化层，钝化层设置于PiN结构的上表面，用于隔离正电极16及负电极17。其中，钝化层为SiO2材料，且其厚度为150～200nm。进一步地，正电极16和负电极17为Cr或者Au材料，且其厚度为150～200nm。本专利技术采用激光再晶化工艺，在SOI衬底上制备位错密度低Ge外延层，并制备高质量直接带隙GeSn层，然后实现一种p+-Ge/直接带隙GeSn/n+-Ge的横向结构发光二极管，极大地提高发光二极管的发光效率。。实施例二请参照图4，图4为本专利技术实施例提供的另一种基于横向结构发光二极管的结构示意图。该发光二极管40包括：SOI衬底401、p+-Ge结构405、GeSn层404、n+-Ge结构406、SiO2钝化层407以及金属接触电极408；其中，p+-Ge结构405和n+-Ge结构406由Ge外延层掺杂形成且分别位于GeSn层404两侧；进一步地，Ge外延本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于横向结构发光二极管(1)，其特征在于，包括：SOI衬底(11)；Ge外延层(12)，设置于所述SOI衬底(11)的上表面；GeSn层(13)，设置于所述Ge外延层(12)的上表面的中间位置处；N型Ge区域(14)，由所述Ge外延层(12)掺杂形成，位于所述GeSn层(13)一侧；P型Ge区域(15)，由所述Ge外延层(12)掺杂形成，位于所述GeSn层(13)另一侧；所述P型Ge区域(15)、所述GeSn层(13)和所述N型Ge区域(14)形成脊形横向的PiN结构：正电极(16)，设置于P型Ge区域(15)的上表面；负电极(17)，设置于N型Ge区域(14)的上表面，以形成所述基于横向结构发光二极管(1)。

【技术特征摘要】
1.一种基于横向结构发光二极管(1)，其特征在于，包括：SOI衬底(11)；Ge外延层(12)，设置于所述SOI衬底(11)的上表面；GeSn层(13)，设置于所述Ge外延层(12)的上表面的中间位置处；N型Ge区域(14)，由所述Ge外延层(12)掺杂形成，位于所述GeSn层(13)一侧；P型Ge区域(15)，由所述Ge外延层(12)掺杂形成，位于所述GeSn层(13)另一侧；所述P型Ge区域(15)、所述GeSn层(13)和所述N型Ge区域(14)形成脊形横向的PiN结构：正电极(16)，设置于P型Ge区域(15)的上表面；负电极(17)，设置于N型Ge区域(14)的上表面，以形成所述基于横向结构发光二极管(1)。2.根据权利要求1所述的发光二极管(1)，其特征在于，所述Ge外延层(12)包括Ge籽晶层和Ge主体层；将所述Ge籽晶层和所述Ge主体层经过晶化处理后形成所述Ge外延层(12)。3.根据权利要求2所述的发光二极管(1)，其特征在于，所述晶化处理包括如下步骤：将包括所述SOI衬底(11)、所述Ge籽晶层、所述Ge主体层的整个衬底材料加热至700℃；采用LRC工艺晶化所述整个衬底材料；其中LRC工艺激光波长为...

【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