[發明專利]與標準CMOS技術兼容的硅基正向注入方法及發光器件

有效

• 申請號: 201410263672.1
• 申請日: 2014-06-12
• 公開（公告）號: CN103996760B
• 公開（公告）日: 2018-06-15
• 發明（設計）人: 毛陸虹;謝榮;張世林;郭維廉;謝生;武雷;崔猛
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/08;H01L21/266
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 劉國威

本發明涉及硅基發光電子器件技術領域，為提供一種基于標準CMOS工藝的硅基發光器件，它既可以反向偏置發光，又可以正向偏置注入發光，而且正向注入發光功率密度大、效率高。為此，本發明采取的技術方案是，與標準CMOS技術兼容的硅基正向注入器件，輕摻雜的p型硅片襯底上設置有一對p⁺有源區和一對n⁺有源區，每對有源區占一軸線，兩對有源區成十字分布；p型硅片襯底及有源區上部設置有二氧化硅電極氧化層；有源區上方區域的二氧化硅電極氧化層設置有通孔，通孔用于有源區通過TiSi₂，形成和金屬之間的歐姆接觸引出后形成管腳。本發明主要應用于硅基發光電子器件設計制造。

技術領域

本發明涉及硅基發光電子器件技術領域，具體講，涉及與標準CMOS技術兼容的硅基正向注入發光器件。

技術背景

在硅基發光的各種器件結構中，與CMOS工藝兼容的發光器件結構占據著一個重要的地位。盡管這種器件結構發光強度和轉換效率尚不夠理想，然而由于其與CMOS工藝兼容，可以同其它的硅基無源光電子器件和微電子器件制備在同一芯片上，形成光電子集成電路(OEIC)。由于高效的硅基發光器件(Si-LEDs)和光探測器是實現OEIC的基礎和核心，隨著當前VLSI和ULSI的不斷發展，因此這種發光器件仍然具有很大的發展潛力。

在已研發的與CMOS工藝兼容的Si-LEDs中，采用反向擊穿發光機理制作的Si-LEDs占主要部分。反向擊穿發光的Si-LEDs分為：n⁺-p結雪崩擊穿Si-LEDs，n⁺-p⁺結齊納擊穿Si-LEDs及n⁺-p結齊納擊穿和表面擊穿Si-LEDs。上述器件都采用了高能量熱載流子的發光機制，其擊穿電壓較大，存在直流損耗，不適合與集成電路(IC)結合。

發明內容

為了克服現有技術的不足，提供一種基于標準CMOS工藝的硅基發光器件，它既可以反向偏置發光，又可以正向偏置注入發光，而且正向注入發光功率密度大、效率高。為此，本發明采取的技術方案是，與標準CMOS技術兼容的硅基正向注入方法，包括如下步驟：

(1)采用輕摻雜的p型硅片作為襯底，晶向為<100>，進行熱氧化形成緩沖層；隨后在襯底上方低壓化學汽相淀積(LPVCD)SiN₄，用來作為離子注入的光罩(mask)及后續工藝中定義n阱的區域；

(2)將光刻膠涂在SiN₄上之后，利用光刻技術將所要形成的n阱區的圖形定義出來，并用干法刻蝕的方法將上述定義的區域的SiN₄去掉，形成n阱注入窗口；

(3)利用離子注入的技術，將磷元素注入(2)步中所定義的窗口中，接著利用無機溶液將光刻膠去除；并采用熱磷酸濕式刻蝕方法將SiN₄去除掉；

(4)離子注入后進行退火處理；

(5)利用熱氧化方法在由襯底組成的晶圓上形成高品質的二氧化硅，作為為電極氧化層；涂布光刻膠后，利用光刻技術刻蝕出發光器件的p⁺有源區，與此同時形成n⁺有源區的屏蔽，再利用離子注入技術將硼元素注入該區域；

(6)利用光刻技術刻蝕出發光器件的n⁺有源區，與此同時形成p⁺有源區的屏蔽，再利用離子注入技術將磷元素注入該區域，然后除去晶圓表面的光刻膠；

(7)去除(5)步中生成的表面氧化物，之后利用退火技術，將經離子注入過的n⁺區及p⁺區進行電性活化及擴散處理；