一种红外二极管及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种红外二极管及其制备方法，所述制备方法包括：选取SOI衬底；在所述SOI衬底第一指定区域制作晶化Ge层；在所述SOI衬底中制作N型Si区域和P型Si区域；对所述晶化Ge层掺杂形成N型晶化Ge层；在所述N型Si层和所述P型Si层上制作电极以完成所述二极管的制备。本发明专利技术提供的红外二极管，其中准直接带隙改性Ge区域不仅可以发光，也可以作为波导区；另外利用激光再晶化工艺处理，获得低位错密度的Ge外延层，Si与Ge之间材料界面特性更好好，从而提高了器件性能。

An infrared diode and its preparation method

The present invention relates to an infrared diode and a preparation method thereof. The preparation method comprises the following steps: selecting a SOI substrate; in the SOI substrate first designated area making crystallization layer Ge; N type Si and type P Si region in the area of the SOI substrate; forming a N type crystal layer on the crystallization of Ge Ge layer doping; electrode to complete the diode in the N type Si layer and the P type Si layer preparation. Infrared diode provided by the invention, the quasi direct band gap of modified Ge area can not only light, but also can be used as a waveguide region; in addition to the use of laser crystallization process, Ge epitaxial layer with low dislocation density, between Si and Ge interfacial characteristics better, so as to improve the performance of the device.

【技术实现步骤摘要】
一种红外二极管及其制备方法
本专利技术属于集成电路
，特别涉及一种红外二极管及其制备方法。
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。其中，基于低强度张应变结合n型重掺杂改性技术的Ge发光器件，即准直接带隙改性Ge发光器件，其工艺结构与现有Si工艺兼容。利用Si衬底与Ge外延层之间的热膨胀系数不同，常规工艺过程中采用合理的热退火工艺制度，Si衬底上Ge外延层可以引入低强度张应变。然而，由于Si衬底与Ge外延层之间晶格失配较大，Si衬底上常规工艺制备的Ge外延层位错密度高，且Si衬底与Ge外延层之间的界面特性差，进而影响器件的性能。
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红外二极管及其制备方法。本专利技术的实施例提供了一种红外二极管的制备方法，包括：(a)选取SOI衬底；(b)在所述SOI衬底第一指定区域制作晶化Ge层；(c)在所述SOI衬底中制作N型Si区域和P型Si区域；(d)对所述晶化Ge层掺杂形成N型晶化Ge层；(e)在所述N型Si层和所述P型Si层上制作电极以完成所述二极管的制备。在本专利技术的一个实施例中，步骤(b)包括：(b1)在所述SOI衬底上生长外延层；(b2)利用激光再晶化工艺，对所述外延层进行再晶化处理，制成所述晶化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(b1)包括：(b11)在275℃～325℃温度下，利用CVD工艺，在所述SOI衬底指定区域上生长Ge籽晶层；(b12)在500℃～600℃温度下，利用CVD工艺，在所述Ge籽晶层上生长Ge主体层；(b13)利用CVD工艺，在所述Ge主体层上生成SiO2氧化层。在本专利技术的一个实施例中，步骤(b2)包括：(b21)将包括所述SOI衬底、所述Ge籽晶层、所述Ge主体层的整个材料加热；(b22)利用激光再晶化工艺，处理所述整个材料；(b23)利用干法刻蚀工艺，刻蚀指定区域，得到所述晶化Ge层。在本专利技术的一个实施例中,步骤(c)包括：(c11)在包括所述晶化Ge层的整个材料表面生长第一SiO2保护层；(c12)利用刻蚀工艺，选择性刻所述第一SiO2保护层，形成第一待掺杂区域；(c13)在所述第一待掺杂区域注入P离子，形成N型Si区域；(c14)对包括所述N型Si层的整个材料进行退火处理；(c15)利用刻蚀工艺，刻蚀掉所述第一SiO2保护层。在本专利技术的一个实施例中,步骤(c)还包括：(c21)在包括所述晶化Ge层的整个材料表面生长第二SiO2保护层；(c22)利用刻蚀工艺，选择性刻所述第二SiO2保护层，形成第二待掺杂区域；(c23)在所述第二待掺杂区域注入B离子，形成P型Si区域；(c24)对包括所述P型Si层的整个材料进行退火处理；(c25)利用刻蚀工艺，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(d)包括：(d1)在包括所述晶化Ge层的整个材料表面生长第三SiO2保护层；(d2)利用刻蚀工艺，选择性刻蚀所述第三SiO2保护层，形成第三待掺杂区域；(d3)在所述第三待掺杂区域注入P离子，形成N型晶化Ge层；(d4)对包括所述P型Si层的整个材料进行退火处理；(d5)利用刻蚀工艺，刻蚀掉所述第三SiO2保护层。在本专利技术的一个实施例中，在步骤(e)之前还包括：在包括所述N型Si层、所述P型Si层的整个材料表面生长SiO2钝化层。在本专利技术的一个实施例中，步骤(e)包括：(e1)利用刻蚀工艺,选择性刻蚀所述SiO2钝化层,形成电极待生长区域；(e2)利用电子束蒸发淀积工艺,在所述电极待生长区域生长Cr-Au合金作为所述二极管的电极。在本专利技术的另一个实施例中，一种红外二极管，包括：SOI衬底、N型Si区域、P型Si区域、N型晶化Ge层及Cr-Au合金电极；其中，所述二极管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：1)本专利技术改性Ge发光器件结构拟采用p+-Si/准直接带隙改性Ge/n+-Si的横向结构PiN，准直接带隙改性Ge区域不仅可以发光，也是波导区；2)本专利技术利用LRC工艺，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，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红外二极管的制备方法流程图；图2为本专利技术实施例提供的一种LRC工艺方法示意图；图3a-图3m为本专利技术实施例的一种红外二极管的制备方法示意图；图4为本专利技术实施例提供的一种红外二极管的结构示意图。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1：请参见图1，图1为本专利技术实施例提供的一种红外二极管的制备方法流程图，其中，所述制备方法包括：(a)选取SOI衬底；(b)在所述SOI衬底第一指定区域制作晶化Ge层；(c)在所述SOI衬底中制作N型Si区域和P型Si区域；(d)对所述晶化Ge层掺杂形成N型晶化Ge层；(e)在所述N型Si层和所述P型Si层上制作电极以完成所述二极管的制备。优选地，步骤(b)包括：(b1)在所述SOI衬底上生长外延层；(b2)利用激光再晶化工艺，对所述外延层进行再晶化处理，制成所述晶化Ge层。其中，LRC工艺是一种热致相变结晶的方法，通过激光热处理，使衬底上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，还可以克服常规两步法工艺存在的问题。其中，在步骤(b)中，所述Ge籽晶层厚40～50nmnm；所述Ge主体层的厚度为150～250nm；所述SiO2氧化层的厚度为150nm。进一步地，步骤(b1)包括：(b11)在275℃～325℃温度下，利用CVD工艺，在所述SOI衬底指定区域上生长Ge籽晶层；(b12)在500℃～600℃温度下，利用CVD工艺，在所述Ge籽晶层上生长Ge主体层；(b13)利用CVD工艺，在所述Ge主体层上生成SiO2氧化层。其中，在步骤(b1)中，所述Ge籽晶层厚40～50nmnm；所述Ge主体层的厚度为150～250nm；所述SiO2氧化层的厚度为150nm。进一步地，步骤(b2)包括：(b21)将包括所述SOI衬底、所述Ge籽晶层、所述Ge主体层的整个材料加热；(b22)利用激光再晶化工艺，处理所述整个材料；(b23)利用干法刻蚀工艺，刻蚀指定区域，得到所述晶化Ge层。其中，在步骤(b2)中，所述激光再晶化工艺中,激光波长为808nm，激光光斑尺寸100μm×100μm，激光功率为1.5kW/cm2，曝光时间为40ms。优选地，步骤(c)包括：(c11)在包括所述晶化Ge层的整个材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种红外二极管及其制备方法，其特征在于，包括：(a)选取SOI衬底；(b)在所述SOI衬底第一指定区域制作晶化Ge层；(c)在所述SOI衬底中制作N型Si区域和P型Si区域；(d)对所述晶化Ge层掺杂形成N型晶化Ge层；(e)在所述N型Si层和所述P型Si层上制作电极以完成所述二极管的制备。

【技术特征摘要】
1.一种红外二极管及其制备方法，其特征在于，包括：(a)选取SOI衬底；(b)在所述SOI衬底第一指定区域制作晶化Ge层；(c)在所述SOI衬底中制作N型Si区域和P型Si区域；(d)对所述晶化Ge层掺杂形成N型晶化Ge层；(e)在所述N型Si层和所述P型Si层上制作电极以完成所述二极管的制备。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)在所述SOI衬底上生长外延层；(b2)利用激光再晶化工艺，对所述外延层进行再晶化处理，制成所述晶化Ge层。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(b1)包括：(b11)在275℃～325℃温度下，利用CVD工艺，在所述SOI衬底指定区域上生长Ge籽晶层；(b12)在500℃～600℃温度下，利用CVD工艺，在所述Ge籽晶层上生长Ge主体层；(b13)利用CVD工艺，在所述Ge主体层上生成SiO2层。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于,步骤(b2)还包括：(b21)将包括所述SOI衬底、所述Ge籽晶层、所述Ge主体层的整个材料加热；(b22)利用激光再晶化工艺，处理所述整个材料；(b23)利用干法刻蚀工艺，刻蚀指定区域，得到所述晶化Ge层。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(c)包括：(c1)在所述晶化Ge层表面生长第一保护层；(c12)利用刻蚀工艺，选择性刻所述第一保护层，形成第一待掺杂区域；(c13)在所述第一待掺杂区域注入P离子，形成N型Si区域；(c1...

【专利技术属性】
技术研发人员：冉文方，
申请(专利权)人：西安科锐盛创新科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61