[發(fā)明專利]一種發(fā)光二極管及其制備方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710348022.0
• 申請(qǐng)日: 2017-05-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107221582A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-09-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉晶晶
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 廈門(mén)科銳捷半導(dǎo)體科技有限公司
• 主分類號(hào): H01L33/00
• 分類號(hào): H01L33/00;H01L21/02;H01L33/34
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集成電路技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種發(fā)光二極管及其制備方法。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體集成電路一直遵循著Moore定律發(fā)展，隨著最小特征尺寸按照摩爾定律不斷減小，集成電路的電互連出現(xiàn)了傳輸延遲、帶寬密度等一系列問(wèn)題。因此光互連成為現(xiàn)代集成電路更好的選擇，其中Si基光互連具有高速度、高帶寬、低功耗、可集成等特點(diǎn)，有望解決集成電路的集成度在日益提高時(shí)電互連帶來(lái)的問(wèn)題。除了Si基光源尚未得到解決，其他器件都已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)，因此Si基可集成高效光源具有十分重要的研究意義。

近年來(lái)隨著在Si襯底上外延III-V族材料等技術(shù)以及III-V族發(fā)光管與Si之間的鍵合技術(shù)的快速發(fā)展，Si基鍵合發(fā)光器和Si襯底上外延的III-V族混合激光器也相繼獲得成功。但是其價(jià)格昂貴、導(dǎo)熱性能和機(jī)械性能較差，而且其工藝與Si CMOS的工藝兼容性方面存在一定的困難，限制了其在Si基光電集成技術(shù)中的應(yīng)用。值得注意的是，研究表明：雖然Ge是間接帶隙材料，但通過(guò)高Sn組分合金化，GeSn合金為直接帶隙半導(dǎo)體，且其與Si的可集成性好，有望成為Si基光電集成回路中的光源，已成已成為光電領(lǐng)域內(nèi)研究的熱點(diǎn)和重點(diǎn)。

Si襯底上結(jié)晶質(zhì)量良好的Ge緩沖層，是制備高質(zhì)量GeSn外延層的物質(zhì)基礎(chǔ)。目前，Si襯底上Ge外延層常規(guī)的兩步法工藝，存在Ge/Si界面差、熱預(yù)算高、工藝周期長(zhǎng)、以及僅能制備厚膜Ge外延層等問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

因此，為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)缺陷和不足，本發(fā)明提出一種發(fā)光二極管及其制備方法。

具體地，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例提出的一種發(fā)光二極管及其制備方法，包括：

S101、選取單晶Si襯底材料；

S102、利用CVD工藝在所述單晶Si襯底上連續(xù)生長(zhǎng)40～50nm的第一Ge籽晶層和100～150nm的第二Ge主體層，形成Ge外延層；

S103、利用CVD工藝在所述Ge外延層上淀積100～150nm SiO₂層；

S104、將包括所述單晶Si襯底、所述Ge外延層及所述SiO₂層的整個(gè)襯底材料加熱至700℃，利用LRC工藝晶化所述整個(gè)襯底材料，其中，激光波長(zhǎng)為808nm，激光光斑尺寸10mm×1mm，激光功率為1.5kW/cm²，激光移動(dòng)速度為25mm/s；

S105、自然冷卻所述整個(gè)襯底材料；

S106、利用干法刻蝕工藝刻蝕所述SiO₂層，以獲得激光晶化Ge層；

S107、在300-400℃溫度下，利用CVD工藝在所述激光晶化Ge層上生長(zhǎng)400-450nm的Ge層；

S108、利用離子注入工藝對(duì)所述激光晶化Ge層和所述Ge層進(jìn)行摻雜，摻雜濃度為5×10¹⁸cm^-3，形成P型晶化Ge層，之后進(jìn)行退火；

S109、在H₂氛圍中350℃溫度以下，SnCl₄和GeH₄分別作為Sn源和Ge源，摻Sn組分達(dá)到8％，生長(zhǎng)150～200nm的無(wú)摻雜的GeSn層；

S110、利用N₂作為運(yùn)載氣體，在350℃溫度以下，PH₃作為P摻雜源，摻雜濃度為1×10¹⁹cm^-3，在所述無(wú)摻雜的GeSn層上生長(zhǎng)40～60nm的N型Ge層結(jié)構(gòu)；

S111、在室溫下，在所述N型Ge層上，使用HCl:H₂O₂:H₂O＝1:1:20的化學(xué)溶劑，以穩(wěn)定速率100nm/min進(jìn)行臺(tái)面刻蝕，刻蝕的深度為250nm以內(nèi)，刻蝕到所述P型晶化Ge層，顯現(xiàn)出所述P型晶化Ge層；

S112、采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積技術(shù)，在所述顯現(xiàn)出的所述P型晶化Ge層和所述N型Ge層上淀積150～200nm的SiO₂鈍化層，利用刻蝕工藝選擇性刻蝕SiO₂形成接觸孔；

S113、利用電子束蒸發(fā)在所述接觸孔中淀積150～200nm的Cr或Au層，形成金屬電極。

本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例提出的一種發(fā)光二極管，包括：?jiǎn)尉i襯底、P型晶化Ge層、無(wú)摻雜的GeSn層、N型Ge層和金屬接觸區(qū)；其中所述發(fā)光二極管上述實(shí)施例的方法制備形成。

本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例提出的另一種發(fā)光二極管的制備方法，包括：

選取Si襯底；