[實用新型]一種Si基改性Ge單片同層結構

有效

• 申請號: 201822144952.7
• 申請日: 2018-12-20
• 公開（公告）號: CN209344105U
• 公開（公告）日: 2019-09-03
• 發明（設計）人: 尹曉雪
• 申請（專利權）人: 西安科銳盛創新科技有限公司
• 主分類號: H01L31/153
• 分類號: H01L31/153;H01L31/173;H01L31/18
• 代理公司: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 孫濤濤

本實用新型屬于半導體技術以及半導體制造領域，具體涉及一種Si基改性Ge單片同層結構，包括：基底層；發光部分，位于所述基底層上層的一側；探測部分，位于所述基底層上層的另一側，并與所述發光部分相對設置；波導部分，位于所述基底層的上層，且位于所述發光部分與所述探測部分之間；隔離層，位于所述基底層的上層，與所述波導部分相鄰且對稱設置于所述波導部分兩側。本實用新型采用同質外延材料形成器件的各個組成部分，解決了器件在工作時各部分之間不兼容的問題；采用壓應力膜和張應力膜調節應力膜覆蓋區域的應力大小，實現了器件各組成部分的禁帶寬度調節。

技術領域

本實用新型屬于半導體技術以及半導體制造領域，具體涉及一種Si基改性Ge單片同層結構。

背景技術

隨著光通信技術的不斷發展，光電信號轉換設備的小型化和低功耗問題變得越來越迫切。Si基單片光電集成是未來計算機和通信領域高性能、低功耗光電集成電路的重要解決方案。在光學器件、電學器件以及光電集成領域，Ⅲ-Ⅴ族半導體材料已經有了相當廣泛的應用，但是，其與現有的Si工藝不兼容、生產成本高和工藝周期較長，制約著其進一步的發展。因此，尋找與當前Si工藝相兼容，光電性能良好的新材料成為半導體領域關注的新熱點。

Ge與Si同屬IV族半導體，與Si工藝兼容。同時，其間接帶隙禁帶寬度為0.664eV，直接帶隙禁帶寬度為0.8eV，二者能量差僅為136meV。這樣的能帶結構稍加改性，極有可能演繹出單片光電集成所需要的材料。而事實上也確實如此，研究表明，通過改性作用(如施加低強度張應力配合n型重摻雜、8％濃度Sn合金化以及低強度張應變與低Sn組分共作用)，間接帶隙型Ge半導體可轉化為低強度張應變準直接帶隙型Ge半導體(PD-Ge)、8％Sn組分直接帶隙型Ge1-xSnx合金(I型DR-Ge1-xSnx)以及直接帶隙型低Sn組分低強度張應變Ge1-xSnx合金(II型DR-Ge1-xSnx)。

直接帶隙型改性Ge(包括PD-Ge、I型DR-Ge1-xSnx和II型DR-Ge1-xSnx)相較于Ge半導體載流子輻射復合效率高，應用于發光器件(如LED、激光器)時器件發光效率顯著提升；改性Ge由于其能級分裂、有效質量減小，載流子遷移率相較Ge載流子遷移率更高，其還可將其應用于電子器件。綜合來看，Si基改性Ge薄膜不僅具有優異的光電特性，還兼具Si襯底的優勢，其在單片光電集成領域極具應用潛力。

然而，現有技術在利用Si基改性Ge進行單片同層光電集成時，多采用復合襯底材料來形成基底層，采用異質外延材料來形成器件的各個組成部分，這樣形成的器件在工作時各組成部分會存在不兼容的問題，導致器件性能不能達到要求。

實用新型內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本實用新型提供了一種Si基改性Ge單片同層結構。本實用新型要解決的技術問題通過以下技術方案實現：

一種Si基改性Ge單片同層結構，包括：

基底層1；

發光部分2，位于所述基底層1上層的一側；

探測部分3，位于所述基底層1上層的另一側，并與所述發光部分2相對設置；

波導部分4，位于所述基底層1的上層，且位于所述發光部分2與所述探測部分3之間；

隔離層5，位于所述基底層1的上層，與所述波導部分4相鄰且對稱設置于所述波導部分4兩側。

上述的Si基改性Ge單片同層結構，在所述波導部分4和所述隔離層5包覆有壓應力膜6。

上述的Si基改性Ge單片同層結構，在所述探測部分3和所述探測部分3兩側的基底層1包覆有張應力膜7。

上述的Si基改性Ge單片同層結構，還包括：

金屬層8，位于所述發光部分2的上層、所述發光部分2兩側基底層1的上層、所述張應力膜7的上層。