[发明专利]一种红外二极管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，特别涉及一种红外二极管及其制备方法。

背景技术

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。

发明内容

因此，为解决现有技术存在的技术缺陷和不足，本发明提出一种红外二极管及其制备方法。

本发明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。

在本发明的一个实施例中，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。

在本发明的一个实施例中，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。

在本发明的一个实施例中，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。

在本发明的一个实施例中,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。

在本发明的一个实施例中,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。

在本发明的一个实施例中，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。