[发明专利]一种纵向结构LED及其制备工艺

说明书

本发明涉及一种纵向结构LED及其制备工艺，其中，包括：选取Si衬底；在Si衬底表面生长Si外延层；利用CVD工艺在Si衬底表面连续生长Ge籽晶层、Ge主体层和氧化层；利用LRC工艺晶化Si衬底、Si外延层、Ge籽晶层、Ge主体层及氧化层的整个衬底材料；利用干法刻蚀工艺刻蚀氧化层，在晶化后的Ge主体层表面生长Ge外延层；在Ge外延层淀积P型Ge层；制作金属接触电极以完成纵向结构LED的制备；本发明基于LRC工艺条件下Si衬底与Ge外延层界面特性好的优势，利用n⁺⁺‑Si/张应变Ge/p⁺‑Ge纵向结构，可解决现有常规工艺水平下Ge外延层N型掺杂浓度低导致的器件性能退化问题。

技术领域

本发明属半导体器件制备技术领域，特别涉及一种纵向结构LED及其制备工艺。

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。

Ge半导体是间接带隙材料，通过引入低强度张应变结合n型重掺杂的能带工程手段，其可转变为准直接带隙半导体。理论上，基于其所制作的LED发光器件效率将显著提升。

从目前工艺实现的情况来看，利用Si衬底与Ge外延层之间的热膨胀系数不同，常规工艺过程中利用合理的热退火工艺制度，Si衬底上Ge外延层是可以引入低强度张应变的。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，制约了器件性能的提升；掺杂工艺方面，据文献报道，现有常规工艺水平下，Ge外延层N型掺杂浓度最高10¹⁹，限制了N型重掺杂技术对Ge能带结构的调制。

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，本发明提供了一种纵向结构LED及其制备工艺；本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

本发明的实施例提供了一种纵向结构LED的制备工艺，包括：

(a)选取N型单晶Si衬底；

(b)在所述Si衬底表面生长N型Si外延层形成n⁺⁺-Si结构；

(c)利用CVD工艺在所述Si外延层表面连续生长Ge籽晶层、Ge主体层和氧化层；

(d)利用LRC工艺晶化包括所述Si衬底、所述Si外延层、所述Ge籽晶层、所述Ge主体层及所述氧化层的整个衬底材料；

(e)利用干法刻蚀工艺刻蚀所述氧化层，在晶化后的所述Ge主体层表面生长Ge外延层形成张应变Ge结构；

(f)在所述Ge外延层生长P型Ge层形成p⁺-Ge结构；

(g)制作金属接触电极以完成所述n⁺⁺-Si/张应变Ge/p⁺-Ge纵向结构LED的制备。

其中，激光再晶化(Laser re-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。

在本发明的一个实施例中，步骤(b)包括：