[发明专利]一种红外LED及其制备方法

说明书

本发明涉及一种红外LED及其制备方法，所述制备方法包括：选取单晶Si衬底；在所述单晶Si衬底上生长Ge外延层；利用激光再晶化工艺处理包括所述单晶Si衬底、所述Ge外延层的整个材料，得到晶化Ge层；对所述晶化Ge层掺杂形成P型晶化Ge层；在所述P型晶化Ge层上生长第一Ge阻挡层；在所述第一Ge阻挡层上生长GeSn层；在所述GeSn层上生长第二Ge阻挡层；在所述第二Ge阻挡层上生长Ge层并掺杂形成N型Ge层；在所述P型晶化Ge层及所述N型Ge层上分别引出电极。本发明提供的红外LED，与传统发光管相比，工艺简单、发光效率高、器件性能可靠。

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，特别涉及一种红外LED及其制备方法。

背景技术

近年来，Si基光电集成技术已日趋成熟，Si在地壳中储量巨大，获取方便且便宜，其机械强度和热性质好。以Si衬底为基片，制作光源，便于集成，而且可以降低成本，理论上就能实现光信息高速传输。同为IV族元素的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材料质量往往比较差。一个常见的解决方法是在Si衬底上利用低温-高温两步法生长Ge外延层，再制备GeSn层。但两步法所制备的Ge外延层位错密度高和表面粗糙度大，导致在其上生长的GeSn层材料质量差，最终限制了PINGeSn发光管的性能。。

另外，PINGeSnLED中Ge层的掺杂源会引起GeSn层的无意掺杂，进而影响器件的性能。

发明内容

因此，为解决现有技术存在的技术缺陷和不足，本发明提出一种红外LED及其制备方法。

本发明的实施例提供了一种红外LED及其制备方法，所述制备方法包括：

(a)选取单晶Si衬底；

(b)在所述单晶Si衬底上生长Ge外延层；

(c)利用激光再晶化工艺(Laserre-crystallization,简称LRC)处理包括所述单晶Si衬底、所述Ge外延层的整个材料，得到晶化Ge层；

(d)对所述晶化Ge层掺杂形成P型晶化Ge层；

(e)在所述P型晶化Ge层上生长第一Ge阻挡层；

(f)在所述第一Ge阻挡层上生长GeSn层；

(g)在所述GeSn层上生长第二Ge阻挡层；

(h)在所述第二Ge阻挡层上生长Ge层并掺杂形成N型Ge层；

(i)在所述P型晶化Ge层及所述N型Ge层上分别引出电极。

在本发明的一个实施例中，步骤(b)包括：

(b1)在250℃～350℃温度下，利用CVD工艺在所述单晶Si衬底上生长厚度为40～50nm的Ge籽晶层；

(b2)在550℃～600℃温度下，利用CVD工艺在所述Ge籽晶层表面生长厚度为150～250nm的Ge主体层；

(b3)利用CVD工艺在所述Ge主体层表面上生长厚度为100～150nmSiO₂层。

在本发明的一个实施例中，步骤(c)包括：