CN206992138U - 脊状发光二极管 - Google Patents

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Abstract

本实用新型涉及一种脊状发光二极管，包括：SOI衬底层、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，其中：所述晶化Ge层位于所述SOI衬底层之上；所述脊状Ge‑Sn合金层位于所述晶化Ge层表面之上中间位置；所述N型Ge‑Sn合金层和P型Ge‑Sn合金层位于所述晶化Ge层表面之上所述脊状Ge‑Sn合金层两侧。本实用新型的脊状发光二极管能够显著提高器件性能。

Description

脊状发光二极管
技术领域
本实用新型属于集成电路技术领域，具体涉及一种脊状发光二极管。
背景技术
近年来，以硅为衬底的半导体器件已经成为该领域的发展重点。高质量的硅基光源器件是硅光电子技术领域的研究重点。Ge为间接带隙半导体，但Ge-Sn合金为直接带隙半导体，应用于硅基LED的研制。但是在制备Ge-Sn合金LED工艺过程中，为了提高LED的质量，需要在硅衬底上先制备Ge缓冲层，但Ge缓冲层与Si衬底晶格失配较大，严重影响了LED的发光效率。
因此，如何研制出一种高质量、发光效率较高的Ge-Sn合金LED已经成为该领域亟待解决的问题。
实用新型内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本实用新型提供了一种脊状发光二极管。
本实用新型的一个实施例提供了一种脊状发光二极管，包括：SOI衬底层、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，其中：
所述晶化Ge层位于所述SOI衬底层之上；
所述脊状Ge-Sn合金层位于所述晶化Ge层表面之上中间位置；
所述N型Ge-Sn合金层和所述P型Ge-Sn合金层位于所述晶化Ge层表面之上所述脊状Ge-Sn合金层两侧。
在本实用新型的一个实施例中，还包括钝化层，所述钝化层位于所述N型Ge-Sn合金层、所述脊状Ge-Sn合金层、所述P型Ge-Sn合金层之上。
在本实用新型的一个实施例中，所述钝化层的材料为SiO2。
在本实用新型的一个实施例中，还包括第一电极和第二电极，其中：
所述第一电极，位于所述N型Ge-Sn合金层之上；
所述第二电极，位于所述P型Ge-Sn合金层之上。
在本实用新型的一个实施例中，所述第一电极和所述第二电极的材料为Cr-Au合金。
在本实用新型的一个实施例中，所述脊状Ge-Sn合金层厚度为150～200nm。
本实用新型实施例的脊状发光二极管能够显著提高器件性能。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的一种脊状发光二极管的结构示意图；
图2a-图2l为本实用新型实施例的一种脊状发光二极管的制备工艺示意图；
图3为本实用新型实施例提供的一种激光再晶化(Laser re-crystallization,简称LRC)工艺示意图；
具体实施方式
下面结合具体实施例对本实用新型做进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例一
请参见图1，为本实用新型实施例提供的一种脊状发光二极管的结构示意图。该脊状发光二极管包括：SOI衬底层401、晶化Ge层402、脊状Ge-Sn合金层403、N型Ge-Sn合金层404、P型Ge-Sn合金层405，其中：
所述晶化Ge层402位于所述SOI衬底层401之上；
所述脊状Ge-Sn合金层403位于所述晶化Ge层402表面之上中间位置；
所述N型Ge-Sn合金层和P型Ge-Sn合金层位于所述晶化Ge层402表面之上所述脊状Ge-Sn合金层403两侧。
其中，所述晶化Ge层402为经过LRC工艺形成的Ge层。
其中，所述LRC工艺的参数中激光参数为：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。
另外，所述发光二极管还包括钝化层406，所述钝化层406位于所述N型Ge-Sn合金层404、脊状Ge-Sn合金层403、P型Ge-Sn合金层405之上。
优选地，所述钝化层406的材料为SiO2。
其中，所述发光二极管还包括第一电极407和第二电极408，其中：
第一电极407，位于所述N型Ge-Sn合金层404之上；
第二电极408，位于所述P型Ge-Sn合金层405之上。
优选地，所述第一电极407和所述第二电极408的材料为Cr-Au合金。
优选地，所述N型Ge-Sn合金层404的掺杂浓度为1×1019cm-3。
优选地，所述P型Ge-Sn合金层405的掺杂浓度为1×1019cm-3。
优选地，所述脊状Ge-Sn合金层403厚度为150～200nm，掺Sn组分为8％，掺Ge组分为92％。
本实用新型脊状发光二极管的结构能够显著提高了器件性能。
实施例二
请参照图2a-图2l，图2a-图2l本实用新型实施例的一种脊状发光二极管的制备工艺示意图，该制备方法包括如下步骤：
第1步、选取衬底。选取SOI衬底301，如图2a所示。
第2步、生长Ge籽晶层302。在275℃～325℃温度下，利用CVD工艺，在SOI衬底301上生长厚度为40～50nm的Ge籽晶层302，如图2b所示。
第3步、生长Ge主体层303。在500℃～600℃温度下，利用CVD工艺，在Ge籽晶层302上生长厚度为120～150nm的Ge主体层303，如图2c所示。
第4步、生长第一SiO2保护层304。利用CVD工艺，在Ge主体层303上生长厚度为第一150nm的SiO2氧化层304，如图2d所示。
第5步、制作晶化Ge层305。将包括SOI衬底001、Ge籽晶层302、Ge主体层303及第一SiO2氧化层304的整个衬底材料加热至700℃，连续利用激光再晶化工艺处理整个材料，然后再利用干法刻蚀工艺，刻蚀第一SiO2氧化层304得到晶化Ge层305，如图2e所示。
请参见图3，图3为本实用新型实施例提供的一种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。
第6步、生长Ge-Sn合金层306。在H2氛围中，在350℃温度以下，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，然后利用干法刻蚀工艺，刻蚀部分区域的Ge-Sn合金层形成脊状Ge-Sn合金层306，如图2f所示。
第7步、生长第二SiO2保护层307以及制作第一待掺杂区域。在脊状Ge-Sn合金层上生长厚度为200nm的第二SiO2保护层307；利用干法刻蚀工艺，刻蚀第二SiO2保护层307的指定区域，在脊状Ge-Sn合金层306表面形成第一待掺杂区域，如图2g所示。
第8步、制作N型Ge-Sn合金层。利用离子注入工艺，在第一待掺杂区域注入P离子，形成掺杂浓度为1×1019cm-3的N型Ge-Sn合金层308；对包括N型Ge-Sn合金层308的整个材料进行退火处理，然后利用干法刻蚀工艺，刻蚀掉第二SiO2保护层307，如图2h所示。
第9步、生长第三SiO2保护层309以及制作第二待掺杂区域。在脊状Ge-Sn合金层上生长厚度为200nm的第三SiO2保护层309；利用干法刻蚀工艺，刻蚀第三SiO2保护层的指定区域，在脊状Ge-Sn合金层表面形成第二待掺杂区域，如图2i所示。
第10步、制作P型Ge-Sn合金层310。利用离子注入工艺，在第二待掺杂区域注入B离子，形成掺杂浓度为1×1019cm-3的P型Ge-Sn合金层310；对包括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，刻蚀掉第三SiO2保护层309,如图2j所示。
第11步、生长SiO2钝化层311以及制作金属接触孔312。在脊状Ge-Sn合金层306、N型Ge-Sn合金层308及P型Ge-Sn合金层310表面生长厚度为150～200nm的SiO2钝化层311；利用干法刻蚀工艺，刻蚀SiO2钝化层的指定区域，形成金属接触孔312，如图2k所示。
第12步、生长Cr-Au合金电极313。利用电子束蒸发工艺，在金属接触孔312区域生长厚度为150～200nm的Cr-Au合金层313作为电极，如图2l所示。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种脊状发光二极管，其特征在于，包括：SOI衬底层、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，其中：
所述晶化Ge层位于所述SOI衬底层之上；
所述脊状Ge-Sn合金层位于所述晶化Ge层表面之上中间位置；
所述N型Ge-Sn合金层和所述P型Ge-Sn合金层位于所述晶化Ge层表面之上所述脊状Ge-Sn合金层两侧。
2.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于，所述发光二极管还包括钝化层，所述钝化层位于所述N型Ge-Sn合金层、所述脊状Ge-Sn合金层、所述P型Ge-Sn合金层之上。
3.根据权利要求2所述的二极管，其特征在于，所述钝化层的材料为SiO2。
4.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于，所述发光二极管还包括第一电极和第二电极，其中：
所述第一电极，位于所述N型Ge-Sn合金层之上；
所述第二电极，位于所述P型Ge-Sn合金层之上。
5.根据权利要求4所述的二极管，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极的材料为Cr-Au合金。
6.根据权利要求1所述的二极管，其特征在于，所述脊状Ge-Sn合金层厚度为150～200nm。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN107275453A (zh) * 2017-05-17 2017-10-20 西安科锐盛创新科技有限公司 脊状发光二极管
CN109037411A (zh) * 2018-07-27 2018-12-18 西安电子科技大学 基于Sn离子注入的氮化物光电转换结构及制备方法

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