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      脊狀型LED的制作方法

      文檔序號:12888950閱讀:186來源:國知局
      脊狀型LED的制作方法與工藝

      本發(fā)明屬半導(dǎo)體器件制備技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種脊狀型led。



      背景技術(shù):

      隨著集成電路的不斷發(fā)展,金屬互連信號延遲與功耗的問題愈發(fā)突出,高速光互聯(lián)技術(shù)是解決該問題的有效技術(shù)手段。實現(xiàn)高速光互聯(lián)技術(shù),需要解決諸多科學(xué)問題。其中,波導(dǎo)型發(fā)光器件(led)集成發(fā)光器件與波導(dǎo),是si基單片光電集成中的一個重要研究內(nèi)容。

      ge半導(dǎo)體為間接帶隙半導(dǎo)體,通過改性技術(shù)(如應(yīng)力、合金化等),其可轉(zhuǎn)變?yōu)闇手苯訋痘蛘咧苯訋栋雽?dǎo)體,應(yīng)用于si基波導(dǎo)型led發(fā)光效率高,且與si工藝兼容,是當前領(lǐng)域內(nèi)研究、應(yīng)用的重點。

      從目前該器件工藝實現(xiàn)的情況來看,利用si襯底與ge外延層之間的熱膨脹系數(shù)不同,常規(guī)工藝過程中采用合理的熱退火工藝制度,si襯底上ge外延層可以引入低強度張應(yīng)變,進而實現(xiàn)準直接帶隙ge。然而,由于si襯底與ge外延層之間晶格失配較大,si襯底上常規(guī)工藝制備的ge外延層位錯密度高,制約了器件性能的提升。



      技術(shù)實現(xiàn)要素:

      為了提高現(xiàn)有發(fā)光器件的性能,本發(fā)明利用激光再晶化工藝,在soi襯底上制備位錯密度低、高質(zhì)量直接帶隙ge外延層,形成了一種改性ge脊狀波導(dǎo)型led。

      本發(fā)明提供一種脊狀型led,包括:soi襯底(101)、改性ge層(102)、本征ge層(103)及鈍化層(104),所述改性ge層(102)、所述本征ge層(103)及所述鈍化層(104)依次層疊于所述soi襯底(101)上。

      在本發(fā)明提供的一個實施例中,還包括n型ge區(qū)域(105)和p型ge區(qū)域(106),所述n型ge區(qū)域(105)及所述p型ge區(qū)域(106)分布在所述改性ge層(102)和所述本征ge層(103)的兩側(cè)。

      在本發(fā)明提供的一個實施例中,所述n型ge區(qū)域(105)及所述p型ge區(qū)域(106)是通過對所述改性ge層(102)和所述本征ge層(103)進行離子注入形成的。

      在本發(fā)明提供的一個實施例中,還包括負電極(107)及正電極(108),所述負電極(107)連接所述n型ge區(qū)域(105),所述正電極(108)連接所述p型ge區(qū)域(106)。

      在本發(fā)明提供的一個實施例中,所述負電極(107)及所述正電極(108)的材料均為cr-au合金。

      在本發(fā)明提供的一個實施例中,所述改性ge層(102)是在所述soi襯底(101)生長ge外延層之后,通過對所述ge外延層進行l(wèi)rc工藝晶化并經(jīng)過熱退火工藝處理后形成的,其中,lrc工藝中激光波長為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。

      在本發(fā)明提供的一個實施例中,所述本征ge層(103)的厚度為500~550nm。

      在本發(fā)明提供的一個實施例中,所述本征ge層(103)為脊型結(jié)構(gòu),脊型部分厚度為350nm,寬度為1μm。其中,脊型部分厚度為n型ge區(qū)域與本征ge層的高度差。

      在本發(fā)明提供的一個實施例中,所述p型ge區(qū)域(106)的摻雜濃度為1×1019cm-3。

      在本發(fā)明提供的一個實施例中,所述n型ge區(qū)域(105)的摻雜濃度為1×1019cm-3。

      與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明提供的改性ge脊狀波導(dǎo)型led具有以下有益效果:

      1)本發(fā)明提供的改性ge脊狀波導(dǎo)型led,因其具有改性ge脊狀波導(dǎo)型led有源區(qū),使得器件發(fā)光效率提升。

      2)本發(fā)明led結(jié)構(gòu)為脊狀p+-ge/低強度張應(yīng)變ge/n+-ge的橫向結(jié)構(gòu)pin,有利于后續(xù)單片光電集成的實現(xiàn)。

      附圖說明

      下面將結(jié)合附圖,對本發(fā)明的具體實施方式進行詳細的說明。

      圖1為本發(fā)明實施例提供了一種改性ge脊狀波導(dǎo)型led結(jié)構(gòu)示意圖;

      圖2為本發(fā)明實施例提供的一種基于lrc工藝的改性ge脊狀波導(dǎo)型led的制備方法流程圖;

      圖3為本發(fā)明實施例提供的一種lrc工藝的示意圖;

      圖4a-圖4m為本發(fā)明實施例的另外一種基于lrc工藝的改性ge脊狀波導(dǎo)型led的制備方法工藝流程示意圖。

      具體實施方式

      下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細的描述,但本發(fā)明的實施方式不限于此。

      實施例一

      圖1為本發(fā)明實施例提供了一種改性ge脊狀波導(dǎo)型led結(jié)構(gòu)示意圖,該脊狀型led包括:soi襯底(101)、改性ge層(102)、本征ge層(103)及鈍化層(104),所述改性ge層(102)、所述本征ge層(103)及所述鈍化層(104)依次層疊于所述soi襯底(101)上。

      進一步地,在上述實施例的基礎(chǔ)上,該脊狀型led還包括n型ge區(qū)域(105)和p型ge區(qū)域(106),所述n型ge區(qū)域(105)及所述p型ge區(qū)域(106)分布在所述改性ge層(102)和所述本征ge層(103)的兩側(cè)。

      進一步地,在上述實施例的基礎(chǔ)上,所述n型ge區(qū)域(105)及所述p型ge區(qū)域(106)是通過對所述改性ge層(102)和所述本征ge層(103)進行離子注入形成的。

      進一步地,在上述實施例的基礎(chǔ)上,還包括負電極(107)及正電極(108),所述負電極(107)連接所述n型ge區(qū)域(105),所述正電極(108)連接所述p型ge區(qū)域(106)。

      進一步地,在上述實施例的基礎(chǔ)上,所述負電極(107)及所述正電極(108)的材料均為cr-au合金。

      進一步地,在上述實施例的基礎(chǔ)上,所述改性ge層(102)是在所述soi襯底(101)生長ge外延層之后,通過對所述ge外延層進行l(wèi)rc工藝晶化并經(jīng)過熱退火工藝處理后形成的,其中,lrc工藝中激光波長為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。其中,lrc工藝指激光再晶化工藝。

      進一步地,在上述實施例的基礎(chǔ)上,所述本征ge層(103)的厚度為500~550nm。

      進一步地,在上述實施例的基礎(chǔ)上,所述本征ge層(103)為脊型結(jié)構(gòu),脊型部分厚度為350nm,寬度為1μm。其中,脊型部分厚度為為n型ge區(qū)域與本征ge層的高度差。

      進一步地,在上述實施例的基礎(chǔ)上,所述p型ge區(qū)域(106)的摻雜濃度為1×1019cm-3。

      進一步地,在上述實施例的基礎(chǔ)上,所述n型ge區(qū)域(105)的摻雜濃度為1×1019cm-3

      與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明提供的改性ge脊狀波導(dǎo)型led具有以下有益效果:

      1)本發(fā)明提供的改性ge脊狀波導(dǎo)型led,因其具有改性ge脊狀波導(dǎo)型led有源區(qū),使得器件發(fā)光效率提升。

      2)本發(fā)明led結(jié)構(gòu)為脊狀p+-ge/低強度張應(yīng)變ge/n+-ge的橫向結(jié)構(gòu)pin,有利于后續(xù)單片光電集成的實現(xiàn)。

      實施例二

      請參見圖2,圖2為本發(fā)明實施例提供的一種基于lrc工藝的改性ge脊狀波導(dǎo)型led的制備方法流程圖,lrc工藝指激光再晶化工藝。該制備方法流程包括:

      (a)選取soi襯底;

      (b)利用cvd工藝在soi襯底表面生長ge外延層;

      (c)利用cvd工藝在ge外延層表面生長氧化層;

      (d)利用lrc工藝晶化ge外延層形成改性ge外延層;

      (e)利用干法刻蝕工藝刻蝕氧化層;

      (f)利用cvd工藝在改性ge外延層表面生長本征ge層;

      (g)選擇性刻蝕本征ge層形成脊型結(jié)構(gòu);

      (h)在脊型結(jié)構(gòu)的兩側(cè)分別注入p離子和b離子形成n型ge區(qū)域和p型ge區(qū)域;

      (i)制備金屬接觸電極以完成改性ge脊狀波導(dǎo)型led的制備。

      優(yōu)選地,步驟(b)可以包括:

      (b1)在275℃~325℃溫度下,利用cvd工藝在soi襯底表面生長厚度為40~50nm的ge籽晶層;

      (b2)在500℃~600℃溫度下,利用cvd工藝在ge籽晶層表面生長厚度為120~150nm的ge主體層以形成ge外延層。

      優(yōu)選地,步驟(d)可以包括:

      (d1)將包括soi襯底、ge外延層及氧化層的整個襯底材料加熱至700℃;

      (d2)利用lrc工藝晶化ge外延層;其中,lrc工藝中激光波長為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;

      請參見圖3,圖3為本發(fā)明實施例提供的一種lrc工藝的示意圖。lrc工藝是一種熱致相變結(jié)晶的方法,通過激光熱處理,使si襯底上ge外延層熔化再結(jié)晶,橫向釋放ge外延層的位錯缺陷,不僅可獲得高質(zhì)量的ge外延層,同時,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si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。

      (d3)冷卻整個襯底材料形成改性ge外延層。

      優(yōu)選地,步驟(f)可以包括:在500℃~600℃溫度下,利用cvd工藝在改性ge外延層表面生長厚度為500~550nm的本征ge層。

      優(yōu)選地,步驟(g)中,脊型部分厚度為350nm,寬度為1μm。

      優(yōu)選地,步驟(h)可以包括:

      (h1)在本征ge層表面淀積第一保護層,選擇性刻蝕第一保護層形成n型離子注入窗口;

      (h2)對n型離子注入窗口進行p離子注入,形成摻雜濃度為1×1019cm-3的n型ge區(qū)域,高溫退火,刻蝕掉第一保護層;

      (h3)在本征ge層表面淀積第二保護層,選擇性刻蝕第二保護層形成p型離子注入窗口;

      (h4)對p型離子注入窗口進行b離子摻雜,形成摻雜濃度為1×1019cm-3的p型ge區(qū)域,高溫退火,刻蝕掉第二保護層。

      優(yōu)選地,步驟(i)可以包括:

      (i1)在n型ge區(qū)域、p型ge區(qū)域和本征ge層表面淀積厚度為150~200nm的鈍化層,用刻蝕工藝選擇性刻蝕掉指定區(qū)域的鈍化層形成金屬接觸孔;

      (i2)利用電子束蒸發(fā)工藝在鈍化層和金屬接觸孔上淀積厚度為150~200nm的cr金屬層;

      (i3)利用刻蝕工藝刻選擇性蝕掉指定區(qū)域的cr金屬層,利用化學(xué)機械拋光進行平坦化處理。

      本發(fā)明提出采用lrc工藝,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外延層的位錯缺陷,獲得低位錯密度的ge外延層,以提高器件性能。同時,本發(fā)明擬采用脊狀p+-ge/低強度張應(yīng)變ge/n+-ge的橫向結(jié)構(gòu)pin,利于后續(xù)單片光電集成的實現(xiàn)。

      實施例三

      請參照圖4a-圖4m,圖4a-圖4m為本發(fā)明實施例的另外一種基于lrc工藝的改性ge脊狀波導(dǎo)型led的制備方法工藝流程示意圖,該制備方法包括如下步驟:

      s101、襯底選取。如圖4a所示,選取soi襯底片001為初始材料;

      s102、ge外延層生長。

      s1021、ge籽晶層外延生長。如圖4b所示,在275℃~325℃溫度下,利用cvd工藝外延生長厚度為40~50nm的ge籽晶層002;

      s1022、ge主體層生長。如圖4c所示,在500℃~600℃溫度下,利用cvd工藝在在ge籽晶層表面生長厚度為120~150nm的ge主體層003;

      s103、氧化層的制備。如圖4d所示,利用cvd工藝在ge主體層表面上淀積厚度為150nmsio2氧化層004;

      s104、ge外延層的晶化及氧化層刻蝕;如圖4e,將包括soi襯底、ge外延層及氧化層的整個襯底材料加熱至700℃,采用lrc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,冷卻整個襯底材料。該方法降低了ge材料的位錯密度和表面粗糙度,提高了晶體質(zhì)量。然后利用干法刻蝕工藝刻蝕氧化層004,得到激光晶化后的改性ge外延層005;

      s105、如圖4f所示,在330℃溫度下,利用減壓cvd生長厚度為500~550nm的本征ge層,(為了便于圖示觀看,將晶化后的ge層以及晶化后生長的本征ge層合為i-ge層006)。由于此本征ge層是在晶化后的ge外延層上生長的,所以ge的質(zhì)量較好,晶格失配率較低。

      s106、如圖4g所示,選擇性刻蝕i-ge層,形成厚度為350nm,寬度為1μm的脊型結(jié)構(gòu);

      s107、ge區(qū)域n型離子注入。

      s1071、如圖4h所示,在i-ge層表面淀積厚度為200nm的sio2保護層,選擇性刻蝕sio2保護層得到sio2保護層007;

      s1072、如圖4i所示,對i-ge層進行p離子注入,形成摻雜濃度為1×1019cm-3的n型ge區(qū)域008,高溫退火,刻蝕掉sio2保護層007;

      s108、ge區(qū)域p型離子注入。

      s1081、如圖4j所示,在i-ge層和n型ge區(qū)域表面淀積厚度為200nm的sio2保護層,選擇性刻蝕sio2保護層得到sio2保護層009,

      s1082、如圖4k所示,對i-ge層進行b離子注入,形成摻雜濃度為1×1019cm-3的p型ge區(qū)域010,高溫退火,刻蝕掉sio2保護層009;

      s009、金屬接觸孔制備。如圖4l所示,在i-ge層、n型ge區(qū)域和p型ge區(qū)域表面淀積厚度為150~200nm的sio2鈍化層011,隔離臺面與外界電接觸??涛g接觸孔,用刻蝕工藝選擇性刻蝕掉指定區(qū)域sio2鈍化層形成金屬接觸孔。

      s010、金屬互連制備。如圖4m所示,利用電子束蒸發(fā)工藝在sio2鈍化層和金屬接觸孔淀積厚度為150~200nm的金屬cr層012。利用刻蝕工藝刻選擇性蝕掉指定區(qū)域的金屬cr,采用化學(xué)機械拋光工藝(cmp)進行平坦化處理。

      以上實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,對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員,依據(jù)本發(fā)明的思想,在具體實施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處,綜上,本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制,本發(fā)明的保護范圍應(yīng)以所附的權(quán)利要求為準。

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