[发明专利]基于横向结构发光二极管

说明书

技术领域

本发明属半导体器件制备技术领域，特别涉及一种基于横向结构发光二极管。

背景技术

近年来，随着光通信技术的发展，高速光纤通信系统对半导体发光二极管(Light-emitting Diode,简称LED)要求也越来越高，集成化的发展趋势要求半导体LED与其他光电器件集成。如果能将它们集成在一个芯片上，信息传输速度，储存和处理能力将得到大大提高，这将使信息技术发展到一个全新的阶段。因此，对发光器件的研究，已成为当前领域内研究的热点和重点。

传统的纵向PiN结构发光器件不适于波导兼容。若考虑光互联中发光器件与波导的集成，横向PiN发光器件的i区不仅是器件的发光区域，也是光传输的波导区。因此，设计制造横向波导型LED将是未来光电集成的重要方向之一。

然而，目前横向LED由于制备工艺等限制，其发光效率仍然是一个限制LED进一步发展的重要原因。因此如何提高发光效率就变得极其重要。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种基于横向结构发光二极管1，包括：

SOI衬底11；

Ge外延层12，设置于SOI衬底11的上表面；

GeSn层13，设置于Ge外延层12的上表面的中间位置处；

N型Ge区域14，由Ge外延层12掺杂形成，位于GeSn层13一侧；

P型Ge区域15，由Ge外延层12掺杂形成，位于GeSn层13另一侧；

P型Ge区域15、GeSn层13和N型Ge区域14形成脊形横向的PiN结构：

正电极16，设置于P型Ge区域15的上表面；

负电极17，设置于N型Ge区域14的上表面，以形成基于横向结构发光二极管1。

在本发明的一个实施例中，Ge外延层12包括Ge籽晶层和Ge主体层；将Ge籽晶层和Ge主体层经过晶化处理后形成Ge外延层12。

在本发明的一个实施例中，晶化处理包括如下步骤：

将包括SOI衬底11、Ge籽晶层、Ge主体层的整个衬底材料加热至700℃；

采用激光再晶化(Laser re-crystallization,简称LRC)工艺晶化整个衬底材料；其中LRC工艺激光波长为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；

对整个衬底材料进行高温热退火处理以完成晶化处理。

在本发明的一个实施例中，Ge籽晶层厚度为40～50nm；Ge主体层厚度为120～150nm。

在本发明的一个实施例中，GeSn层13厚度为250～300nm。

在本发明的一个实施例中，N型Ge区域掺杂源为P离子，掺杂浓度为1×10¹⁹cm^-3。

在本发明的一个实施例中，P型Ge区域掺杂源为B离子，掺杂浓度为1×10¹⁹cm^-3。

在本发明的一个实施例中，还包括钝化层，钝化层设置于PiN结构的上表面，用于隔离正电极16及负电极17。

在本发明的一个实施例中，钝化层为SiO₂材料，且其厚度为150～200nm。

在本发明的一个实施例中，正电极16和负电极17为Cr或者Au材料，且其厚度为150～200nm。

需要说明强调的是，LRC工艺是一种热致相变结晶的方法，通过激光热处理，使SOI衬底上Ge外延层熔化再结晶，横向释放Ge外延层的位错缺陷，不仅可获得高质量的Ge外延层，同时，由于LRC工艺可精确控制晶化区域，一方面避免了常规工艺中SOI衬底与Ge外延层之间的Si、Ge互扩问题，另一方面Si/Ge之间材料界面特性好。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1)本发明采用的激光再晶化工艺，具有Ge外延层位错密度低的优点，从而进一步提高发光二极管的发光效率。

2)本发明采用p⁺-Ge/直接带隙GeSn/n⁺-Ge的横向波导型结构PiN，不仅器件发光效率高，也有利于发光器件与波导的集成。

附图说明

下面将结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细的说明。

图1为本发明实施例提供的一种基于横向结构发光二极管的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种晶化处理工艺的流程示意图；

图3为本发明实施例提供的一种LRC工艺方法示意图；