[发明专利]基于GeSn材料的LED

说明书

本发明涉及一种基于GeSn材料的LED，包括：单晶Si衬底、P型晶化Ge层、本征Ge层及SiO₂钝化层；其中，所述单晶Si衬底、P型晶化Ge层、本征Ge层和钝化层依次层叠。采用本发明实施例提供的基于GeSn材料的LED，采用GeSn代替Ge作为光电集成电路中的光源，提高了发光效率，有效抑制缺陷的扩展从而获得高质量的Ge/Si虚衬底；并且，在Ge掺杂层和GeSn本征层之间引入Ge阻挡层结构，可以避免Ge层的掺杂源对GeSn的无意掺杂，从而提高器件的性能。

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，尤其涉及一种基于GeSn材料的LED。

背景技术

集成电路技术的发展，晶圆尺寸的提高以及芯片特征尺寸的缩小，可以更容易地满足微型化、高密度化、高速化、高可靠性和系统集成化的要求。集成电路技术中最长用到的基本材料之一是Si材料。以Si衬底为基片，制作光源，便于集成，而且可以降低成本。

近年来，Ge材料因其与Si的可集成性及其独特的能带结构有望成为Si基光电集成电路中的光源。Ge材料的直接带隙只比间接带隙高136meV，Ge的直接带发光波长(1550nm)位于C带，这些特点使得Ge成为Si基IV族光、源中十分理想的材料，但是Ge作为一种间接带隙材料，直接带发光比较弱。理论和实验表明，通过能带工程，Ge中引入Sn会使其带隙收缩，并且Г能谷收缩快于L能谷，当Г能谷位于L能谷之下时，GeSn合金就会成为一种直接带隙的半导体材料，这种方法可以有效改善Ge的发光效率。

由于Si与GeSn之间存在着很大的晶格失配问题，制备出的GeSn材料质量不理想。现有技术中为了克服该问题，通常在Si衬底上利用低温-高温两步法生长Ge外延层，再制备GeSn层。用该方法制备出的Ge外延层位错密度高和表面粗糙度大，在其上生长的GeSn层材料质量也不理想，导致PINGeSn发光管的性能较差。

发明内容

因此，为解决现有技术存在的技术缺陷和不足，本发明提出一种基于GeSn材料的LED，包括：

衬底(101)、P型晶化Ge层(102)、本征Ge层(103)、N型Ge层(104)及钝化层(105)；

其中，所述P型晶化Ge层(102)、所述本征Ge层(103)、所述N型Ge层(104)和所述钝化层(105)依次层叠于所述衬底(101)上。

在本发明提供的一种实施方式中，还包括正电极(106)和负电极(107)，所述正电极(106)和所述负电极(107)分别连接所述P型晶化Ge层(102)和所述N型Ge层(104)。

在本发明提供的一种实施方式中，所述正电极(106)和所述负电极(107)均为Cr-Au合金材料。

在本发明提供的一种实施方式中，所述衬底(101)为单晶Si材料。

在本发明提供的一种实施方式中，所述P型晶化Ge层(102)的厚度为190～200nm，掺杂浓度为5×10¹⁸cm^-3。

在本发明提供的一种实施方式中，所述P型晶化Ge层(102)是通过采用激光再晶化工艺对生长在所述衬底(101)上的Ge外延层进行处理而得到的，其中，所述激光再晶化工艺的参数为：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。

在本发明提供的一种实施方式中，所述本征Ge层(103)包括第一Ge阻挡层(1031)、GeSn层(1032)及第二Ge阻挡层(1033)，并且，所述第一Ge阻挡层(1031)、所述GeSn层(1032)及所述第二Ge阻挡层(1033)依次层叠形成。