[发明专利]横向结构LED及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于集成电路技术领域，特别涉及一种横向结构LED及其制备方法。

背景技术

近年来，为克服大规模集成电路中金属互连信号延迟与功耗的问题，Si光电子技术作为高速光互联中的核心技术，已成为领域内研究发展的热点和重点。高质量的Si基片上光源器件，是实现Si基单片光电集成的一个重要环节。

Ge为间接带隙半导体，通过Sn合金化改性技术(Sn组分大于8％)，其可转变为直接带隙半导体。直接带隙Ge-Sn合金合金应用于Si基波导型LED，不仅器件的发光效率高，且与Si工艺兼容，已成为当前领域内研究、应用的重点。

由于Ge-Sn合金合金与Si衬底晶格失配大，直接在Si衬底上制备高质量Ge-Sn合金合金比较困难。工艺上的解决方案是，Si衬底上先制备Ge缓冲层，然后在Ge缓冲层上进一步制备Ge-Sn合金合金。因此，Si衬底上Ge缓冲层的质量直接关系到后续Ge-Sn合金合金的质量。从目前Si衬底上Ge缓冲层的实现情况来看，由于Si衬底与Ge外延层之间晶格失配较大，常规工艺制备的Ge缓冲层位错密度高，不利于后续高质量Ge-Sn合金合金的制备。

发明内容

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

本发明的实施例提供了一种横向结构LED的制备方法，所述制备方法包括：

(a)选取SOI衬底；

(b)在所述SOI衬底上生长Ge外延层；

(c)对所述Ge外延层进行晶化处理形成晶化Ge层；

(d)在所述晶化Ge层上生长制作脊状Ge-Sn合金层；

(e)在所述脊状Ge-Sn合金层中制作N型Ge-Sn合金层及P型Ge-Sn合金层；

(f)制作电极以完成所述LED的制备。

在本发明的一个实施例中，步骤(b)包括：

(b1)在275℃～325℃温度下，利用CVD工艺在所述SOI衬底上生长Ge籽晶层；

(b2在500℃～600℃温度下，利用CVD工艺在在所述Ge籽晶层上生长Ge主体层；

(b3)利用CVD工艺在所述Ge主体层上生成第一SiO₂保护层。

在本发明的一个实施例中，步骤(c)包括：

(c1)将包括所述SOI衬底、所述外延层的整个材料加热至700℃；

(c2)利用激光再晶化工艺，处理包括所述SOI衬底、所述外延层的整个材料；

(c3)利用干法刻蚀工艺，刻蚀所述第一SiO₂保护层，得到所述晶化Ge层。

其中，激光再晶化工艺(Laserre-crystallization,简称LRC)，是一种热致相变结晶的方法，通过激光热处理，使衬底上Ge层熔化再结晶，横向释放Ge层的位错缺陷，不仅可获得高质量的Ge层，还可以克服常规两步法工艺存在的问题。

在本发明的一个实施例中，步骤(d)包括：

(d1)将温度降到350℃以下，在H₂氛围中，以SnCl₄和GeH₄分别作为Sn和Ge源，掺Sn组分为8％，掺Ge组分为92％，生长Ge-Sn合金层。

(d2)利用干法刻蚀工艺，刻蚀部分区域的所述Ge-Sn合金层形成所述脊状Ge-Sn合金层。

在本发明的一个实施例中,步骤(e)包括：

(e11)在所述脊状Ge-Sn合金层上生长第二SiO₂保护层；

(e12)利用干法刻蚀工艺，刻蚀所述第二SiO₂保护层的指定区域，在所述脊状Ge-Sn合金层表面形成第一待掺杂区域；

(e13)利用离子注入工艺，在所述第一待掺杂区域注入P离子，形成N型Ge-Sn合金层；

(e14)对包括所述N型Ge-Sn合金层的整个材料进行退火处理，然后利用干法刻蚀工艺，刻蚀掉所述第二SiO₂保护层。

在本发明的一个实施例中，步骤(e)还包括：

(e21)在所述脊状Ge-Sn合金层上生长第三SiO₂保护层；

(e22)利用干法刻蚀工艺，刻蚀所述第三SiO₂保护层的指定区域，在所述脊状Ge-Sn合金层表面形成第二待掺杂区域；

(e23)利用离子注入工艺，在所述第二待掺杂区域注入B离子，形成P型Ge-Sn合金层；