基于台阶结构的发光二极管制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于台阶结构的发光二极管10，包括：单晶Si衬底11第一Ge层12，设置于单晶Si衬底11表面；Ge基台阶结构13，设置于第一Ge层12表面的中心位置处；正电极14，设置于第一Ge层12的上表面并位于台阶结构13两侧的位置处；负电极15，设置于台阶结构13的上表面；钝化层16，设置于第一Ge层(12)和Ge基台阶结构(13)的上表面以及正电极(14)和Ge基台阶结构(13)的中间，以形成发光二极管10。本实用新型专利技术台阶结构的发光二极管，Si衬底上外延Ge层，制备出高质量GeSn层，极大地提高发光二极管的发光效率。

Light emitting diode based on step structure

The utility model relates to a light emitting diode structure based on step 10, including: the first 11 single-crystal Si substrate Ge layer 12 is arranged on the surface of the substrate 11 Si single crystal; Ge based step structure 13, the center position is arranged on the first surface of the Ge layer 12; positive electrode 14, the position is arranged on the first surface layer on Ge 12 and is located on both sides of the 13 step structure; the negative electrode 15 arranged on the upper surface of the structure in 13 steps; the passivation layer 16 is arranged on the first Ge layer (12) and Ge (13) step structure on the surface and the positive electrode (14) and Ge (13) step structure in the middle of the the formation of light emitting diode 10. A light-emitting diode with a practical new step structure and an epitaxial Ge layer on the Si substrate are used to prepare a high quality GeSn layer and greatly improve the luminous efficiency of the light emitting diode.

【技术实现步骤摘要】
基于台阶结构的发光二极管
本技术属半导体器件
，特别涉及一种基于台阶结构的发光二极管。
技术介绍
光纤通信是利用半导体激光器(LD)或半导体发光二极管(LED)作为光源器件，把电信号转换为光信号进行传输，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的要求也越来越高，集成化的发展趋势要求半导体LED与其他光电器件集成。随着在Si衬底上外延III-V族材料等技术以及III-V族发光管与Si之间的键合技术的快速发展，Si基键合发光器和Si衬底上外延的III-V族混合激光器也相继获得成功。目前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。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，本技术提供了一种基于台阶结构的发光二极管10，其中，包括：单晶Si衬底11；第一Ge层12，设置于所述单晶Si衬底11表面；Ge基台阶结构13，设置于所述第一Ge层12表面的中心位置处；正电极14，设置于所述第一Ge层12的上表面并位于台阶结构(13)两侧的位置处；负电极15，设置于所述台阶结构13的上表面；钝化层16，设置于所述第一Ge层(12)和所述Ge基台阶结构(13)的上表面以及所述正电极(14)和所述Ge基台阶结构(13)的中间，以形成所述发光二极管10。在本技术的一个实施例中，所述第一Ge层12包括Ge籽晶层、Ge主体层和第二Ge层；其中，所述Ge主体层设置于所述Ge籽晶层上表面，所述第二Ge层设置于所述Ge主体层上表面。在本技术的一个实施例中，所述Ge籽晶层的厚度为40～50nm；所述Ge主体层的厚度为150～250nm；所述第二Ge层的厚度为400-450nm。在本技术的一个实施例中，所述Ge基台阶结构13包括GeSn层和第三Ge层；其中，所述第三Ge层设置于所述GeSn层上表面。在本技术的一个实施例中，所述GeSn层的厚度为150～200nm。在本技术的一个实施例中，所述第三Ge层的厚度为40～60nm。与现有技术相比，本技术具有以下有益效果：1)本技术台阶结构的发光二极管，Si衬底上外延Ge层，制备出高质量GeSn层；2)本技术在Ge/Si虚衬底，实现纵向PINGeSn发光管的制备，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，对本技术的具体实施方式进行详细的说明。图1为本技术实施例提供的一种基于台阶结构的发光二极管的结构示意图；图2为本技术实施例提供的一种晶化处理工艺的流程示意图；图3为本技术实施例提供的一种LRC工艺方法示意图；图4为本技术实施例提供的另一种基于台阶结构的发光二极管的结构示意图；图5a-图5l为本技术实施例的一种基于台阶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技术做进一步详细的描述，但本技术的实施方式不限于此。实施例一请参见图1，图1为本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：单晶Si衬底11；第一Ge层12，设置于所述单晶Si衬底11表面；Ge基台阶结构13，设置于所述第一Ge层12表面的中心位置处；正电极14，设置于所述第一Ge层12的上表面并位于台阶结构13两侧的位置处；负电极15，设置于所述台阶结构13的上表面；钝化层16，设置于所述第一Ge层(12)和所述Ge基台阶结构(13)的上表面以及所述正电极(14)和所述Ge基台阶结构(13)的中间，以形成所述发光二极管10。其中，所述第一Ge层12包括晶化Ge籽晶层、晶化Ge主体层和第二Ge层；其中，所述Ge主体层设置于所述Ge籽晶层上表面，所述第二Ge层设置于所述Ge主体层上表面。优选地，所述Ge籽晶层的厚度为40～50nm；所述Ge主体层的厚度为150～250nm；所述第二Ge层的厚度为400-450nm。其中，所述晶化Ge籽晶层和所述晶化Ge主体层是经过LRC工艺晶化处理后形成的。优选地，请参见图2，图2为本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：步骤1、将包括所述单晶Si衬底11、所述Ge籽晶层和所述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，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、自然冷却所述整个衬底材料。请进一步参见图3，图3为本技术实施例提供的一种LRC工艺方法示意图，LRC工艺即激光再晶化(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。其中，所述第一Ge层12为P型，且掺杂浓度为5×1018cm-3。其中，所述Ge基台阶结构13包括GeSn层和第三Ge层；其中，所述第三Ge层设置于所述GeSn层上表面。优选地，所述GeSn层的厚度为150～200nm。优选地，所述第三Ge层为N型，且厚度为40～60nm、掺杂浓度为1×1019cm-3。优选地，所述正电极14和所述负电极15为Cr或者Au材料，且其厚度为150～200nm。本技术通过连续激光辅助晶化Ge/Si虚衬底，可有效降低Ge/Si虚衬底的位错密度和表面粗糙度，可显著提高后续GeSn外延层的质量，进而可显著提高发光器件的性能。实施例二请参见图4，图4为本技术实施例提供的另一种发光二极管的结构示意图。该发光二极管40包括单晶Si衬底41、P型晶化Ge层42、无掺杂的GeSn层43、N型Ge层44和金属电极45。其中P型晶化Ge层42包括：晶化Ge籽晶层401、晶化Ge主体层402和第一Ge层403。本技术实施例，利用LRC工艺具有解决现有工艺条件下Ge外延层质量低的问题。同时，由于LRC工艺可精确控制晶化区域，可有效降低Ge虚衬底的位错密度、表面粗糙度、界面缺陷，提升Ge虚衬底的质量从而得到更高质量的GeSn外延层，进而可显著提高发光器件的性能。实施例三请参照图5a-图5l，图5a-图5l为本技术实施例的一种基于台阶结构的发光二极管的制备工艺示意图，该制备方法包括如下步骤：S101、选取单晶Si衬底001，如图5a所示；S102、在275℃～325℃温度下，利用CVD工艺在单晶Si衬底001上生长50nm的Ge籽晶层002，如图5b所示；S103、在500℃～600℃温度下，利用CVD工艺在Ge籽晶层002表面生长200nm的Ge主体层003，如图5c所示；S104、利用CVD工艺在Ge主体层003表面上淀积120nmSiO2层004，如图5d所示；S105、将包括单晶Si衬底001、Ge籽晶层002、Ge主体层003及SiO2层004的整个衬底材料加热至700℃，连续采用LRC工艺晶化整个衬底材料，其中激光波长为808nm，激光光斑尺寸10mm×1mm，激光功率为1.5kW/cm本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于台阶结构的发光二极管(10)，其特征在于，包括：单晶Si衬底(11)；第一Ge层(12)，设置于所述单晶Si衬底(11)上表面；Ge基台阶结构(13)，设置于所述第一Ge层(12)上表面的中心位置处；正电极(14)，设置于所述第一Ge层(12)的上表面并位于所述Ge基台阶结构(13)两侧的位置处；负电极(15)，设置于所述Ge基台阶结构(13)的上表面；钝化层(16)，设置于所述第一Ge层(12)和所述Ge基台阶结构(13)的上表面以及所述正电极(14)和所述Ge基台阶结构(13)的中间，以形成所述发光二极管(10)。

【技术特征摘要】
1.一种基于台阶结构的发光二极管(10)，其特征在于，包括：单晶Si衬底(11)；第一Ge层(12)，设置于所述单晶Si衬底(11)上表面；Ge基台阶结构(13)，设置于所述第一Ge层(12)上表面的中心位置处；正电极(14)，设置于所述第一Ge层(12)的上表面并位于所述Ge基台阶结构(13)两侧的位置处；负电极(15)，设置于所述Ge基台阶结构(13)的上表面；钝化层(16)，设置于所述第一Ge层(12)和所述Ge基台阶结构(13)的上表面以及所述正电极(14)和所述Ge基台阶结构(13)的中间，以形成所述发光二极管(10)。2.根据权利要求1所述的发光二极管(10)，其特征在于，所述第一Ge层(12)包括Ge籽晶层、Ge主...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔丽萍，
申请(专利权)人：西藏民族大学，
类型：新型
国别省市：陕西,61