本發(fā)明屬半導(dǎo)體器件制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于橫向結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管。

背景技術(shù)：

近年來，隨著光通信技術(shù)的發(fā)展，高速光纖通信系統(tǒng)對(duì)半導(dǎo)體發(fā)光二極管(light-emittingdiode,簡(jiǎn)稱led)要求也越來越高，集成化的發(fā)展趨勢(shì)要求半導(dǎo)體led與其他光電器件集成。如果能將它們集成在一個(gè)芯片上，信息傳輸速度，儲(chǔ)存和處理能力將得到大大提高，這將使信息技術(shù)發(fā)展到一個(gè)全新的階段。因此，對(duì)發(fā)光器件的研究，已成為當(dāng)前領(lǐng)域內(nèi)研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。

傳統(tǒng)的縱向pin結(jié)構(gòu)發(fā)光器件不適于波導(dǎo)兼容。若考慮光互聯(lián)中發(fā)光器件與波導(dǎo)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▽?dǎo)區(qū)。因此，設(shè)計(jì)制造橫向波導(dǎo)型led將是未來光電集成的重要方向之一。

然而，目前橫向led由于制備工藝等限制，其發(fā)光效率仍然是一個(gè)限制led進(jìn)一步發(fā)展的重要原因。因此如何提高發(fā)光效率就變得極其重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于橫向結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管1，包括：

soi襯底11；

ge外延層12，設(shè)置于soi襯底11的上表面；

gesn層13，設(shè)置于ge外延層12的上表面的中間位置處；

n型ge區(qū)域14，由ge外延層12摻雜形成，位于gesn層13一側(cè)；

p型ge區(qū)域15，由ge外延層12摻雜形成，位于gesn層13另一側(cè)；

p型ge區(qū)域15、gesn層13和n型ge區(qū)域14形成脊形橫向的pin結(jié)構(gòu)：

正電極16，設(shè)置于p型ge區(qū)域15的上表面；

負(fù)電極17，設(shè)置于n型ge區(qū)域14的上表面，以形成基于橫向結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管1。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，ge外延層12包括ge籽晶層和ge主體層；將ge籽晶層和ge主體層經(jīng)過晶化處理后形成ge外延層12。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，晶化處理包括如下步驟：

將包括soi襯底11、ge籽晶層、ge主體層的整個(gè)襯底材料加熱至700℃；

采用激光再晶化(laserre-crystallization,簡(jiǎn)稱lrc)工藝晶化整個(gè)襯底材料；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(dòng)速度為25mm/s；

對(duì)整個(gè)襯底材料進(jìn)行高溫?zé)嵬嘶鹛幚硪酝瓿删Щ幚怼?/p>

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，ge籽晶層厚度為40～50nm；ge主體層厚度為120～150nm。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，gesn層13厚度為250～300nm。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，n型ge區(qū)域摻雜源為p離子，摻雜濃度為1×10¹⁹cm^-3。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，p型ge區(qū)域摻雜源為b離子，摻雜濃度為1×10¹⁹cm^-3。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，還包括鈍化層，鈍化層設(shè)置于pin結(jié)構(gòu)的上表面，用于隔離正電極16及負(fù)電極17。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，鈍化層為sio2材料，且其厚度為150～200nm。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，正電極16和負(fù)電極17為cr或者au材料，且其厚度為150～200nm。

需要說明強(qiáng)調(diào)的是，lrc工藝是一種熱致相變結(jié)晶的方法，通過激光熱處理，使soi襯底上ge外延層熔化再結(jié)晶，橫向釋放ge外延層的位錯(cuò)缺陷，不僅可獲得高質(zhì)量的ge外延層，同時(shí)，由于lrc工藝可精確控制晶化區(qū)域，一方面避免了常規(guī)工藝中soi襯底與ge外延層之間的si、ge互擴(kuò)問題，另一方面si/ge之間材料界面特性好。

與現(xiàn)有技術(shù)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g(shù)e外延層位錯(cuò)密度低的優(yōu)點(diǎn)，從而進(jìn)一步提高發(fā)光二極管的發(fā)光效率。

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

附圖說明

下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的說明。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于橫向結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種晶化處理工藝的流程示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種lrc工藝方法示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種基于橫向結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5a-圖5l為本發(fā)明實(shí)施例的一種基于橫向結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的制備工藝示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例一

請(qǐng)參見圖1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于橫向結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖，包括：

soi襯底11；

ge外延層12，設(shè)置于soi襯底11的上表面；

gesn層13，設(shè)置于ge外延層12的上表面的中間位置處；

n型ge區(qū)域14，由ge外延層12摻雜形成，位于gesn層13一側(cè)；

p型ge區(qū)域15，由ge外延層12摻雜形成，位于gesn層13另一側(cè)；

p型ge區(qū)域15、gesn層13和n型ge區(qū)域14形成脊形橫向的pin結(jié)構(gòu)：

正電極16，設(shè)置于p型ge區(qū)域15的上表面；

負(fù)電極17，設(shè)置于n型ge區(qū)域14的上表面，以形成基于橫向結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管1。

其中，ge外延層12包括ge籽晶層和ge主體層；將ge籽晶層和ge主體層經(jīng)過晶化處理后形成ge外延層12。

優(yōu)選地，請(qǐng)參見圖2，圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種晶化處理工藝的流程示意圖。晶化處理包括如下步驟：

步驟1、將包括soi襯底11、ge籽晶層、ge主體層的整個(gè)襯底材料加熱至700℃；

步驟2、采用激光再晶化(laserre-crystallization,簡(jiǎn)稱lrc)工藝晶化整個(gè)襯底材料；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(dòng)速度為25mm/s；

步驟3、對(duì)整個(gè)襯底材料進(jìn)行高溫?zé)嵬嘶鹛幚硪酝瓿删Щ幚怼?/p>

請(qǐng)進(jìn)一步參見圖3，圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種lrc工藝方法示意圖，lrc工藝是一種熱致相變結(jié)晶的方法，通過激光熱處理，使soi襯底上ge外延層熔化再結(jié)晶，橫向釋放ge外延層的位錯(cuò)缺陷，不僅可獲得高質(zhì)量的ge外延層，同時(shí)，由于lrc工藝可精確控制晶化區(qū)域，一方面避免了常規(guī)工藝中soi襯底與ge外延層之間的si、ge互擴(kuò)問題，另一方面si/ge之間材料界面特性好。

可選地，ge籽晶層厚度為40～50nm；ge主體層厚度為120～150nm。

可選地，gesn層13厚度為250～300nm。

可選地，n型ge區(qū)域摻雜源為p離子，摻雜濃度為1×10¹⁹cm^-3。

可選地，p型ge區(qū)域摻雜源為b離子，摻雜濃度為1×10¹⁹cm^-3。

優(yōu)選地，還包括鈍化層，鈍化層設(shè)置于pin結(jié)構(gòu)的上表面，用于隔離正電極16及負(fù)電極17。

其中，鈍化層為sio2材料，且其厚度為150～200nm。

進(jìn)一步地，正電極16和負(fù)電極17為cr或者au材料，且其厚度為150～200nm。

本發(fā)明采用激光再晶化工藝，在soi襯底上制備位錯(cuò)密度低ge外延層，并制備高質(zhì)量直接帶隙gesn層，然后實(shí)現(xiàn)一種p⁺-ge/直接帶隙gesn/n⁺-ge的橫向結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管，極大地提高發(fā)光二極管的發(fā)光效率。。

實(shí)施例二

請(qǐng)參照?qǐng)D4，圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種基于橫向結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。該發(fā)光二極管40包括：soi襯底401、p⁺-ge結(jié)構(gòu)405、gesn層404、n⁺-ge結(jié)構(gòu)406、sio2鈍化層407以及金屬接觸電極408；

其中，p⁺-ge結(jié)構(gòu)405和n⁺-ge結(jié)構(gòu)406由ge外延層摻雜形成且分別位于gesn層404兩側(cè)；

進(jìn)一步地，ge外延層包括ge籽晶層402和ge主體層403；將ge籽晶層402和ge主體層403采用lrc工藝晶化后形成ge外延層。

實(shí)施例三

請(qǐng)參照?qǐng)D5a-圖5l，圖5a-圖5l為本發(fā)明實(shí)施例的一種基于橫向結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的制備工藝示意圖，該制備方法包括如下步驟：

s201、襯底選取。如圖5a所示，選取soi襯底片001為初始材料；

s202、ge籽晶層生長。如圖5b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5c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5d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5e。將包括soi襯底001、ge籽晶層002、ge主體層003及氧化層的整個(gè)襯底材料加熱至700℃，連續(xù)采用激光工藝晶化整個(gè)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(dòng)速度為25mm/s，自然冷卻整個(gè)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(cuò)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5d中的sio2氧化層004。

s206、在晶化ge外延層005上進(jìn)行選擇性gesn層生長。如圖5f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(hù)層007，選擇性刻蝕sio2第一保護(hù)層007，如圖5g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(hù)層007，如圖5h所示；

s208、ge區(qū)域p型離子注入。如圖5i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(hù)層009，選擇性刻蝕sio2第二保護(hù)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(hù)層009，如圖5j所示；

s209、金屬接觸孔制備。如圖5k所示，淀積厚度為150～200nm的sio2鈍化層011，隔離臺(tái)面與外界電接觸?？涛g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5l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(xué)機(jī)械拋光(cmp)進(jìn)行平坦化處理。

綜上，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明一種基于橫向結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)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(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所附的權(quán)利要求為準(zhǔn)。