[发明专利]基于横向结构LED及其制备方法

说明书

本发明涉及一种基于横向结构LED及其制备方法。其中，所述制备方法包括：选取SOI衬底；采用CVD工艺依次在所述SOI衬底生长Ge籽晶层、Ge主体层和氧化层；采用LRC工艺晶化所述Ge籽晶层和所述Ge主体层形成晶化后的Ge外延层；采用干法刻蚀工艺刻蚀所述氧化层；在晶化后的所述Ge外延层表面生长GeSn层；制备N型Ge区域和P型Ge区域；制作金属接触电极以完成所述横向结构LED的制备；本发明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LED及其制备方法。

技术领域

本发明属半导体器件制备技术领域，特别涉及一种基于横向结构LED及其制备方法。

背景技术

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。

同时，GeSn合金(Sn组分高于8％)为直接带隙半导体，采用其作为Si基片上光源器件有源层，不仅器件的发光效率高，而且其工艺结构与现有Si工艺兼容，极具发展应用潜力，由于GeSn合金与Si衬底晶格失配大，直接在Si衬底上制备高质量GeSn合金比较困难。工艺上的解决方案是，Si衬底上先制备Ge缓冲层，然后在Ge缓冲层上进一步制备GeSn合金。因此，Si衬底上Ge缓冲层的质量直接关系到后续GeSn合金的质量。从目前Si衬底上Ge缓冲层的实现情况来看，由于Si衬底与Ge外延层之间晶格失配较大，常规工艺制备的Ge缓冲层位错密度高，不利于后续高质量GeSn合金的制备。

因此选择何种材料及工艺制备高质量的LED变的尤为重要。

发明内容

为了提高现有发光器件的性能，本发明采用激光再晶化工艺，在SOI衬底上选区制备位错密度低Ge缓冲层，并制备高质量直接带隙GeSn外延层，然后实现一种p⁺-Ge/直接带隙GeSn/n⁺-Ge的横向结构LED及其制备方法；本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明的一个实施例提供了一种基于横向结构LED的制备方法，包括：

(a)选取SOI衬底；

(b)采用CVD工艺依次在SOI衬底生长Ge籽晶层、Ge主体层和氧化层；

(c)采用LRC工艺晶化Ge籽晶层和Ge主体层形成晶化后的Ge外延层；

(d)采用干法刻蚀工艺刻蚀氧化层；

(e)在晶化后的Ge外延层表面生长GeSn层；

(f)在Ge外延层分别注入P离子和B离子形成N型Ge区域和P型Ge区域；

(g)制备金属接触电极以完成横向结构LED的制备。

在本发明的一个实施例中，步骤(b)包括：

(b1)在275℃～325℃温度下，采用化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition,CVD)工艺在SOI衬底表面生长Ge籽晶层；

(b2)在500℃～600℃温度下，采用CVD工艺在Ge籽晶层表面生长Ge主体层；