[實用新型]橫向p-n-n微腔結構Ge發光器件

有效

• 申請號: 201820091056.6
• 申請日: 2018-01-19
• 公開（公告）號: CN207977343U
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發明（設計）人: 黃詩浩;鄭啟強;曹世陽;謝文明;李天建;汪涵聰;陳彩云;黃靖
• 申請（專利權）人: 福建工程學院
• 主分類號: H01L33/34
• 分類號: H01L33/34;H01L33/10;H01L33/44;H01L33/02
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 王曉彬

本實用新型公開了一種橫向p?n?n微腔結構Ge發光器件包括有源層n?Ge層，n?Ge層下表面為Si/SiO₂結構，n?Ge層與Si/SiO₂結構構成高摻雜n型GOI襯底，底部設有底部分布式布拉格反射鏡，n?Ge層上表面兩側設有p?GeSi區、n?GeSi區，中間為有源區，有源區底部暴露n?Ge層，有源區內設有頂部分布式布拉格反射鏡，所述p?GeSi區、n?GeSi區上設有低電阻導電材料的電極；發光器件表面設有氧化硅的鈍化層。本實用新型在高摻雜n型GOI襯底上外延高鍺組分的GeSi層，實現橫向p?n?n結構Ge發光器件，Ge組分0.85，在GeSi與Ge之間可以形成有效的勢壘層，對電子和空穴都能起到有效的限制作用，進而增強Ge直接帶發光效率。工藝制備簡單、與成熟的硅CMOS工藝兼容、可操作性強、發光性能優越等優點，極具應用價值。

技術領域

本實用新型涉及半導體領域，尤其涉及一種橫向p-n-n微腔結構Ge發光器件。

背景技術

硅基發光器件是實現硅基光電集成電路的重要元器件之一。目前制備硅基發光器件的方法主要有兩類，一類是Si基Ⅲ-Ⅴ族混合集成激光器的制備，另一類是新型Si基Ⅳ族發光器件的制備。對于Si基Ⅲ-Ⅴ族混合集成激光器主要研究方向可歸納為三種：第一，將成熟的Ⅲ-Ⅴ半導體激光器件通過倒裝焊接技術封裝在Si基芯片上，該方法雖然可以保證激光器具有良好的性能，但是技術水平要求高，目前工藝水平不足以量產。第二，將成熟的Ⅲ-Ⅴ半導體激光器件通過鍵合技術粘貼到Si基芯片上，該方法熱穩定性差，且與硅CMOS工藝不兼容，同時生產成本過高。第三，通過設計合適的有源層，采用異質外延的方法，直接在Si襯底上外延Ⅲ-Ⅴ族直接帶隙發光材料，由于Si與Ⅲ-Ⅴ材料晶格不匹配，因此外延難度比較大，同時該方法制備的激光器件性能有待提高。對于新型Si基Ⅳ族發光器件的制備主要研究方向有：Si、SiGe納米結構發光器件的制備，該方法通過能帶工程改性Si、SiGe納米材料，獲得直接帶隙發光，然而其發光效率難以提高；另一種方法是能帶改性Si基Ge直接帶發光器件的制備，由于室溫下Ge的直接帶隙與間接帶隙僅差136meV，是準直接帶隙材料，因此Si基Ge材料被科學家認為是制備硅基光源的理想材料。

近年來，國內外研究小組采用不同的結構制備Si基Ge發光器件，得到了一系列重要的結果。常見器件結構多屬于縱向Si基Ge異質結發光器件，該類型的器件一般是在Si襯底材料(或絕緣層上Si襯底，SOI材料)上外延生長Ge材料或GeSi量子阱材料，然后再外延或濺射Si材料形成Si/Ge異質結構，最后設計制備發光器件。由于Si與Ge的晶格失配高達4.2％，在Si襯底上外延Ge材料時，Si與Ge界面不可避免地引入過多的缺陷，不僅增加了非輻射復合中心，而且器件的漏電流也增加了；另外，這種縱向結構的器件，出光的方向與電流的方向是一致的，其產生的光經過金屬電極附近時也會被金屬電極所吸收，進一步降低了Ge的直接帶發光效率。

實用新型內容

本實用新型的目的是設計一種橫向p-n-n微腔結構Ge發光器件。

為實現上述實用新型目的，本實用新型的技術方案是：

一種橫向p-n-n微腔結構Ge發光器件，包括有源層n-Ge層，n-Ge層下表面為Si/SiO₂結構，n-Ge層與Si/SiO₂結構構成高摻雜n型GOI襯底，底部設有底部分布式布拉格反射鏡，n-Ge層上表面兩側設有p-GeSi區、n-GeSi區，p-GeSi區、n-GeSi區中間為有源區，有源區底部暴露n-Ge層，有源區內設有頂部分布式布拉格反射鏡，所述p-GeSi區、n-GeSi區上設有低電阻導電材料的電極；發光器件表面設有氧化硅的鈍化層。

所述n-Ge層厚度為1um，Si/SiO₂結構厚度為100.5um，底部分布式布拉格反射鏡厚度為3.08um，頂部分布式布拉格反射鏡厚度為1.54um。

本實用新型的有益效果是：