本發(fā)明屬半導體器件制備技術領域，特別涉及一種基于橫向結構led及其制備方法。

背景技術：

近年來，隨著光通信技術的發(fā)展，高速光纖通信系統(tǒng)對半導體led要求也越來越高，集成化的發(fā)展趨勢要求半導體led與其他光電器件集成。如果能將它們集成在一個芯片上，信息傳輸速度，儲存和處理能力將得到大大提高，這將使信息技術發(fā)展到一個全新的階段。因此，對發(fā)光器件的研究，已成為當前領域內(nèi)研究的熱點和重點。

傳統(tǒng)的縱向pin結構發(fā)光器件不適于波導兼容。若考慮光互聯(lián)中發(fā)光器件與波導的集成，橫向pin發(fā)光器件的i區(qū)不僅是器件的發(fā)光區(qū)域，也是光傳輸?shù)牟▽^(qū)。因此，設計制造橫向波導型led將是未來光電集成的重要方向之一。

同時，gesn合金(sn組分高于8％)為直接帶隙半導體，采用其作為si基片上光源器件有源層，不僅器件的發(fā)光效率高，而且其工藝結構與現(xiàn)有si工藝兼容，極具發(fā)展應用潛力，由于gesn合金與si襯底晶格失配大，直接在si襯底上制備高質(zhì)量gesn合金比較困難。工藝上的解決方案是，si襯底上先制備ge緩沖層，然后在ge緩沖層上進一步制備gesn合金。因此，si襯底上ge緩沖層的質(zhì)量直接關系到后續(xù)gesn合金的質(zhì)量。從目前si襯底上ge緩沖層的實現(xiàn)情況來看，由于si襯底與ge外延層之間晶格失配較大，常規(guī)工藝制備的ge緩沖層位錯密度高，不利于后續(xù)高質(zhì)量gesn合金的制備。

因此選擇何種材料及工藝制備高質(zhì)量的led變的尤為重要。

技術實現(xiàn)要素：

為了提高現(xiàn)有發(fā)光器件的性能，本發(fā)明采用激光再晶化工藝，在soi襯底上選區(qū)制備位錯密度低ge緩沖層，并制備高質(zhì)量直接帶隙gesn外延層，然后實現(xiàn)一種p⁺-ge/直接帶隙gesn/n⁺-ge的橫向結構led及其制備方法；本發(fā)明要解決的技術問題通過以下技術方案實現(xiàn)：

本發(fā)明的一個實施例提供了一種基于橫向結構led的制備方法，包括：

(a)選取soi襯底；

(b)采用cvd工藝依次在soi襯底生長ge籽晶層、ge主體層和氧化層；

(c)采用lrc工藝晶化ge籽晶層和ge主體層形成晶化后的ge外延層；

(d)采用干法刻蝕工藝刻蝕氧化層；

(e)在晶化后的ge外延層表面生長gesn層；

(f)在ge外延層分別注入p離子和b離子形成n型ge區(qū)域和p型ge區(qū)域；

(g)制備金屬接觸電極以完成橫向結構led的制備。

在本發(fā)明的一個實施例中，步驟(b)包括：

(b1)在275℃～325℃溫度下，采用化學氣相沉積(chemicalvapordeposition,cvd)工藝在soi襯底表面生長ge籽晶層；

(b2)在500℃～600℃溫度下，采用cvd工藝在ge籽晶層表面生長ge主體層；

(b3)采用cvd工藝在ge主體層表面上淀積sio2形成氧化層。

在本發(fā)明的一個實施例中，在步驟(b)中，ge籽晶層厚度為40～50nm；ge主體層厚度為120～150nm；氧化層厚度為150nm。

在本發(fā)明的一個實施例中，步驟(c)包括：

(c1)將包括si襯底、ge籽晶層、ge主體層及氧化層的整個襯底材料加熱至700℃；

(c2)采用lrc工藝晶化ge籽晶層和ge主體層形成晶化后的ge外延層；其中l(wèi)rc工藝激光波長為808nm，激光光斑尺寸10mm×1mm，激光功率為1.5kw/cm²，激光移動速度為25mm/s。

其中，激光再晶化(laserre-crystallization,簡稱lrc)工藝是一種熱致相變結晶的方法，通過激光熱處理，使si襯底上ge外延層熔化再結晶，橫向釋放ge外延層的位錯缺陷，不僅降低了ge材料的位錯密度和表面粗糙度，而且提高了ge/soi襯底界面質(zhì)量。

在本發(fā)明的一個實施例中，步驟(e)包括：

在h2氛圍中350℃溫度以下，采用sncl4和geh4分別作為sn和ge源，在ge外延層表面生長無摻雜的直接帶隙gesn層。

在本發(fā)明的一個實施例中，步驟(e)中gesn層厚度為250～300nm。

在本發(fā)明的一個實施例中，步驟(f)包括：

(f1)在gesn層以及ge外延層表面淀積第一保護層，選擇性刻蝕第一保護層形成第一ge外延層窗口；

(f2)對第一ge外延層窗口進行p離子摻雜，摻雜濃度為1×10¹⁹cm^-3，形成n型ge區(qū)域，高溫退火，刻蝕掉第一保護層；

(f3)在gesn層以及ge外延層表面淀積第二保護層，選擇性刻蝕第二保護層形成第二ge外延層窗口；

(f4)對第二ge外延層窗口進行b離子摻雜，摻雜濃度為1×10¹⁹cm^-3，形成p型ge區(qū)域，高溫退火，刻蝕掉第二保護層。

在本發(fā)明的一個實施例中，步驟(g)包括：

(g1)在n型ge區(qū)域、p型ge區(qū)域和gesn層表面淀積厚度為150～200nm的sio2鈍化層，用刻蝕工藝選擇性刻蝕掉指定區(qū)域的sio2鈍化層形成金屬接觸孔；

(g2)采用電子束蒸發(fā)工藝在sio2鈍化層和金屬接觸孔上淀積厚度為150～200nm的cr/au合金層；采用刻蝕工藝刻選擇性蝕掉指定區(qū)域的cr/au合金層，采用化學機械拋光(chemicalmechanicalpolishingcmp)進行平坦化處理。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1)本發(fā)明采用的激光再晶化工藝，具有ge緩沖層位錯密度低的優(yōu)點，可解決si襯底上高質(zhì)量gesn外延層制備的問題。

2)本發(fā)明采用p⁺-ge/直接帶隙gesn/n⁺-ge的橫向波導型結構pin，不僅器件發(fā)光效率高，也有利于發(fā)光器件與波導的集成。

附圖說明

下面將結合附圖，對本發(fā)明的具體實施方式進行詳細的說明。

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種基于橫向結構led的制備方法流程圖；

圖2a-圖2l為本發(fā)明實施例的一種基于橫向結構led的制備方法工藝流程示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的一種基于橫向結構led的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細的描述，但本發(fā)明的實施方式不限于此。

實施例一

請參見圖1，圖1為本發(fā)明實施例提供的一種基于橫向結構led的制備方法流程圖，包括：

(a)選取soi襯底；

(b)采用cvd工藝依次在soi襯底生長ge籽晶層、ge主體層和氧化層；

(c)采用lrc工藝晶化ge籽晶層和ge主體層形成晶化后的ge外延層；

(d)采用干法刻蝕工藝刻蝕氧化層；

(e)在晶化后的ge外延層表面生長gesn層；

(f)在ge外延層分別注入p離子和b離子形成n型ge區(qū)域和p型ge區(qū)域；

(g)制作金屬接觸電極以完成橫向結構led的制備。

優(yōu)選地，步驟(b)可以包括：

(b1)在275℃～325℃溫度下，采用cvd工藝在soi襯底表面生長ge籽晶層；

(b2)在500℃～600℃溫度下，采用cvd工藝在ge籽晶層表面生長ge主體層；

(b3)采用cvd工藝在ge主體層表面上淀積sio2形成氧化層。

優(yōu)選地，在步驟(b)中，ge籽晶層厚度為40～50nm；ge主體層厚度為120～150nm；氧化層厚度為150nm。

優(yōu)選地，步驟(c)包括：

(c1)將包括si襯底、ge籽晶層、ge主體層及氧化層的整個襯底材料加熱至700℃；

(c2)采用lrc工藝晶化ge籽晶層和ge主體層形成晶化后的ge外延層；其中l(wèi)rc工藝激光波長為808nm，激光光斑尺寸10mm×1mm，激光功率為1.5kw/cm²，激光移動速度為25mm/s；

其中，lrc工藝是一種熱致相變結晶的方法，通過激光熱處理，使si襯底上ge外延層熔化再結晶，橫向釋放ge外延層的位錯缺陷，不僅降低了ge材料的位錯密度和表面粗糙度，而且提高了ge/soi襯底界面質(zhì)量。

優(yōu)選地，步驟(e)包括：

在h2氛圍中350℃溫度以下，采用sncl4和geh4分別作為sn和ge源，在ge外延層表面生長無摻雜的直接帶隙gesn層。

其中，步驟(e)中gesn層厚度為250～300nm。

優(yōu)選地，步驟(f)包括：

(f1)在gesn層以及ge外延層表面淀積第一保護層，選擇性刻蝕第一保護層形成第一ge外延層窗口；

(f2)對第一ge外延層窗口進行p離子摻雜，摻雜濃度為1×10¹⁹cm^-3，形成n型ge區(qū)域，高溫退火，刻蝕掉第一保護層；

(f3)在gesn層以及ge外延層表面淀積第二保護層，選擇性刻蝕第二保護層形成第二ge外延層窗口；

(f4)對第二ge外延層窗口進行b離子摻雜，摻雜濃度為1×10¹⁹cm^-3，形成p型ge區(qū)域，高溫退火，刻蝕掉第二保護層。

優(yōu)選地，步驟(g)包括：

(g1)在n型ge區(qū)域、p型ge區(qū)域和gesn層表面淀積厚度為150～200nm的sio2鈍化層，用刻蝕工藝選擇性刻蝕掉指定區(qū)域的sio2鈍化層形成金屬接觸孔；

(g2)采用電子束蒸發(fā)工藝在sio2鈍化層和金屬接觸孔上淀積厚度為150～200nm的cr/au合金層；采用刻蝕工藝刻選擇性蝕掉指定區(qū)域的cr/au合金層，采用化學機械拋光(cmp)進行平坦化處理。

本發(fā)明采用激光再晶化工藝，在soi襯底上制備位錯密度低ge外延層，并制備高質(zhì)量直接帶隙gesn層，然后實現(xiàn)一種p⁺-ge/直接帶隙gesn/n⁺-ge的橫向結構led及其制備方法。

實施例二

請參照圖2a-圖2l，圖2a-圖2l為本發(fā)明實施例的另外一種基于橫向結構led的制備方法工藝流程示意圖，該制備方法包括如下步驟：

s201、襯底選取。如圖2a所示，選取soi襯底片001為初始材料；

s202、ge籽晶層生長。如圖2b所示，在275℃～325℃溫度下，采用cvd工藝外延生長40～50nm的ge籽晶層002；

s203、ge主體層生長。如圖2c所示，在500℃～600℃溫度下，采用cvd工藝在在ge籽晶層002表面生長120～150nm的ge主體層003；

s204、氧化層的制備。如圖2d所示，采用cvd工藝在ge主體層003表面上淀積150nmsio2層氧化層004；

s205、如圖2e。將包括soi襯底001、ge籽晶層002、ge主體層003及氧化層的整個襯底材料加熱至700℃，連續(xù)采用激光工藝晶化整個襯底材料，其中，激光波長為808nm，激光光斑尺寸10mm×1mm，激光功率為1.5kw/cm²，激光移動速度為25mm/s，自然冷卻整個襯底材料，形成晶化ge外延層。采用激光工藝晶化后降低了ge材料的位錯密度和表面粗糙度，提高了ge/soi襯底界面質(zhì)量。然后采用干法刻蝕工藝刻蝕圖2d中的sio2氧化層004。

s206、在晶化ge外延層005上進行選擇性gesn層生長。如圖2f所示，在h2氛圍中將溫度降到350℃以下，sncl4和geh4分別作為sn和ge源，生長厚度為250～300nm的無摻雜的直接帶隙gesn層006；

s207、ge區(qū)域n型離子注入。在gesn層006以及ge外延層005表面淀積厚度為200nm的sio2第一保護層007，選擇性刻蝕sio2第一保護層007，如圖2g所示；p離子注入，形成1×10¹⁹cm^-3n型ge區(qū)域008，高溫退火，刻蝕掉sio2第一保護層007，如圖2h所示；

s208、ge區(qū)域p型離子注入。如圖2i所示，在gesn層006以及ge外延層005表面淀積厚度為200nm的sio2第二保護層009，選擇性刻蝕sio2第二保護層009，b離子注入，形成濃度為1×10¹⁹cm^-3的p型ge區(qū)域010，高溫退火，刻蝕掉sio2第二保護層009，如圖2j所示；

s209、金屬接觸孔制備。如圖2k所示，淀積厚度為150～200nm的sio2鈍化層011，隔離臺面與外界電接觸。刻蝕接觸孔，用刻蝕工藝選擇性刻蝕掉指定sio2形成金屬接觸孔。

s210、金屬互連制備。如圖2l所示。采用電子束蒸發(fā)淀積厚度為150～200nm的cr或au金屬層012。采用刻蝕工藝刻選擇性蝕掉指定區(qū)域的cr或au金屬層，采用化學機械拋光(cmp)進行平坦化處理。

實施例三

請參照圖3，圖3為本發(fā)明實施例提供的一種基于橫向結構led的結構示意圖。該led采用上述如圖2a-圖2l所示的制備方法制成。具體地，led包括：soi襯底(301)、ge外延層(302)、gesn層(303)、n型ge區(qū)域(304)、p型ge區(qū)域(305)、sio2鈍化層(306)以及金屬接觸電極(307)；

其中，ge外延層(302)包括ge籽晶層和ge主體層；將ge籽晶層和ge主體層采用lrc工藝晶化后形成ge外延層(302)。

綜上，本文中應用了具體個例對本發(fā)明一種基于橫向結構led的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處，綜上，本說明書內(nèi)容不應理解為對本發(fā)明的限制，本發(fā)明的保護范圍應以所附的權利要求為準。