本發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發光二極管。

背景技術：

近年來，隨著光通信技術的發展，高速光纖通信系統對半導體發光二極管(light-emittingdiode,簡稱led)要求也越來越高，集成化的發展趨勢要求半導體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，這將使信息技術發展到一個全新的階段。因此，對發光器件的研究，已成為當前領域內研究的熱點和重點。

傳統的縱向pin結構發光器件不適于波導兼容。若考慮光互聯中發光器件與波導的集成，橫向pin發光器件的i區不僅是器件的發光區域，也是光傳輸的波導區。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。

然而，目前橫向led由于制備工藝等限制，其發光效率仍然是一個限制led進一步發展的重要原因。因此如何提高發光效率就變得極其重要。

技術實現要素：

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種基于橫向結構發光二極管1，包括：

soi襯底11；

ge外延層12，設置于soi襯底11的上表面；

gesn層13，設置于ge外延層12的上表面的中間位置處；

n型ge區域14，由ge外延層12摻雜形成，位于gesn層13一側；

p型ge區域15，由ge外延層12摻雜形成，位于gesn層13另一側；

p型ge區域15、gesn層13和n型ge區域14形成脊形橫向的pin結構：

正電極16，設置于p型ge區域15的上表面；

負電極17，設置于n型ge區域14的上表面，以形成基于橫向結構發光二極管1。

在本發明的一個實施例中，ge外延層12包括ge籽晶層和ge主體層；將ge籽晶層和ge主體層經過晶化處理后形成ge外延層12。

在本發明的一個實施例中，晶化處理包括如下步驟：

將包括soi襯底11、ge籽晶層、ge主體層的整個襯底材料加熱至700℃；

采用激光再晶化(laserre-crystallization,簡稱lrc)工藝晶化整個襯底材料；其中lrc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；

對整個襯底材料進行高溫熱退火處理以完成晶化處理。

在本發明的一個實施例中，ge籽晶層厚度為40～50nm；ge主體層厚度為120～150nm。

在本發明的一個實施例中，gesn層13厚度為250～300nm。

在本發明的一個實施例中，n型ge區域摻雜源為p離子，摻雜濃度為1×10¹⁹cm^-3。

在本發明的一個實施例中，p型ge區域摻雜源為b離子，摻雜濃度為1×10¹⁹cm^-3。

在本發明的一個實施例中，還包括鈍化層，鈍化層設置于pin結構的上表面，用于隔離正電極16及負電極17。

在本發明的一個實施例中，鈍化層為sio2材料，且其厚度為150～200nm。

在本發明的一個實施例中，正電極16和負電極17為cr或者au材料，且其厚度為150～200nm。

需要說明強調的是，lrc工藝是一種熱致相變結晶的方法，通過激光熱處理，使soi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，不僅可獲得高質量的ge外延層，同時，由于lrc工藝可精確控制晶化區域，一方面避免了常規工藝中soi襯底與ge外延層之間的si、ge互擴問題，另一方面si/ge之間材料界面特性好。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

1)本發明采用的激光再晶化工藝，具有ge外延層位錯密度低的優點，從而進一步提高發光二極管的發光效率。

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

附圖說明

下面將結合附圖，對本發明的具體實施方式進行詳細的說明。

圖1為本發明實施例提供的一種基于橫向結構發光二極管的結構示意圖；

圖2為本發明實施例提供的一種晶化處理工藝的流程示意圖；

圖3為本發明實施例提供的一種lrc工藝方法示意圖；

圖4為本發明實施例提供的另一種基于橫向結構發光二極管的結構示意圖；

圖5a-圖5l為本發明實施例的一種基于橫向結構發光二極管的制備工藝示意圖。

具體實施方式

下面結合具體實施例對本發明做進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限于此。

實施例一

請參見圖1，圖1為本發明實施例提供的一種基于橫向結構發光二極管的結構示意圖，包括：

soi襯底11；

ge外延層12，設置于soi襯底11的上表面；

gesn層13，設置于ge外延層12的上表面的中間位置處；

n型ge區域14，由ge外延層12摻雜形成，位于gesn層13一側；

p型ge區域15，由ge外延層12摻雜形成，位于gesn層13另一側；

p型ge區域15、gesn層13和n型ge區域14形成脊形橫向的pin結構：

正電極16，設置于p型ge區域15的上表面；

負電極17，設置于n型ge區域14的上表面，以形成基于橫向結構發光二極管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主體層經過晶化處理后形成ge外延層12。

優選地，請參見圖2，圖2為本發明實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主體層的整個襯底材料加熱至700℃；

步驟2、采用激光再晶化(laserre-crystallization,簡稱lrc)工藝晶化整個襯底材料；其中lrc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；

步驟3、對整個襯底材料進行高溫熱退火處理以完成晶化處理。

請進一步參見圖3，圖3為本發明實施例提供的一種lrc工藝方法示意圖，lrc工藝是一種熱致相變結晶的方法，通過激光熱處理，使soi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，不僅可獲得高質量的ge外延層，同時，由于lrc工藝可精確控制晶化區域，一方面避免了常規工藝中soi襯底與ge外延層之間的si、ge互擴問題，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區域摻雜源為p離子，摻雜濃度為1×10¹⁹cm^-3。

可選地，p型ge區域摻雜源為b離子，摻雜濃度為1×10¹⁹cm^-3。

優選地，還包括鈍化層，鈍化層設置于pin結構的上表面，用于隔離正電極16及負電極17。

其中，鈍化層為sio2材料，且其厚度為150～200nm。

進一步地，正電極16和負電極17為cr或者au材料，且其厚度為150～200nm。

本發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，并制備高質量直接帶隙gesn層，然后實現一種p⁺-ge/直接帶隙gesn/n⁺-ge的橫向結構發光二極管，極大地提高發光二極管的發光效率。。

實施例二

請參照圖4，圖4為本發明實施例提供的另一種基于橫向結構發光二極管的結構示意圖。該發光二極管40包括：soi襯底401、p⁺-ge結構405、gesn層404、n⁺-ge結構406、sio2鈍化層407以及金屬接觸電極408；

其中，p⁺-ge結構405和n⁺-ge結構406由ge外延層摻雜形成且分別位于gesn層404兩側；

進一步地，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。

實施例三

請參照圖5a-圖5l，圖5a-圖5l為本發明實施例的一種基于橫向結構發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及氧化層的整個襯底材料加熱至700℃，連續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5g所示；p離子注入，形成1×10¹⁹cm^-3n型ge區域008，高溫退火，刻蝕掉sio2第一保護層007，如圖5h所示；

s208、ge區域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區域010，高溫退火，刻蝕掉sio2第二保護層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5l所示。采用電子束蒸發淀積厚度為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域的cr或au金屬層，采用化學機械拋光(cmp)進行平坦化處理。

綜上，本文中應用了具體個例對本發明一種基于橫向結構發光二極管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，依據本發明的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處，綜上，本說明書內容不應理解為對本發明的限制，本發明的保護范圍應以所附的權利要求為準。