本發(fā)明屬半導(dǎo)體器件技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于臺(tái)階結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管。

背景技術(shù)：

光纖通信是利用半導(dǎo)體激光器(ld)或半導(dǎo)體發(fā)光二極管(led)作為光源器件，把電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)進(jìn)行傳輸，隨著光通信技術(shù)的發(fā)展，高速光纖通信系統(tǒng)對(duì)半導(dǎo)體發(fā)光二極管的要求也越來(lái)越高，集成化的發(fā)展趨勢(shì)要求半導(dǎo)體led與其他光電器件集成。

要獲取性能良好的發(fā)光器件，需要研究影響器件性能的各種因素，半導(dǎo)體的材料特性，摻雜濃度，結(jié)構(gòu)選擇，以及制作工藝等。通常減少半導(dǎo)體材料的雜質(zhì)、晶格缺陷和位錯(cuò)可以提高發(fā)光二極管的發(fā)光效率。

然而，目前l(fā)ed由于制備工藝等限制，其發(fā)光效率仍然是一個(gè)限制led進(jìn)一步發(fā)展的重要原因。如何提高發(fā)光效率就變得極其重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于臺(tái)階結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管10，其中，包括：

單晶si襯底11；

第一ge層12，設(shè)置于所述單晶si襯底11表面；

ge基臺(tái)階結(jié)構(gòu)13，設(shè)置于所述第一ge層12表面的中心位置處；

正電極14，設(shè)置于所述第一ge層12的上表面并位于所述ge基臺(tái)階結(jié)構(gòu)13兩側(cè)的位置處；

負(fù)電極15，設(shè)置于所述ge基臺(tái)階結(jié)構(gòu)13的上表面；

鈍化層16，設(shè)置于所述第一ge層12和所述ge基臺(tái)階結(jié)構(gòu)13的上表面以及所述正電極14和所述ge基臺(tái)階結(jié)構(gòu)13的中間，以形成所述發(fā)光二極管10。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第一ge層12包括晶化ge籽晶層、晶化ge主體層和第二ge層；其中，所述ge主體層設(shè)置于所述ge籽晶層上表面，所述第二ge層設(shè)置于所述ge主體層上表面。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述晶化ge籽晶層的厚度為40～50nm；所述晶化ge主體層的厚度為150～250nm；所述第二ge層的厚度為400-450nm。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述晶化ge籽晶層和所述晶化ge主體層是經(jīng)過(guò)lrc(激光再晶化)工藝晶化處理后形成的。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述晶化處理包括：

將包括所述單晶si襯底11、所述晶化ge籽晶層和所述晶化ge主體層的整個(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；

自然冷卻所述整個(gè)襯底材料。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第一ge層12為p型，且摻雜濃度為5×10¹⁸cm^-3。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述ge基臺(tái)階結(jié)構(gòu)13包括gesn層和第三ge層；其中，所述第三ge層設(shè)置于所述gesn層上表面。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述gesn層的厚度為150～200nm。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述第三ge層為n型，且厚度為40～60nm、摻雜濃度為1×10¹⁹cm^-3。

在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，所述正電極14和所述負(fù)電極15為cr或者au材料，且其厚度為150～200nm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

1)本發(fā)明采用的激光再晶化工藝，具有g(shù)e外延層晶體質(zhì)量高，工藝步驟簡(jiǎn)單，工藝周期短，熱預(yù)算低等優(yōu)點(diǎn)；

2)本發(fā)明利用lrc工藝，使si襯底與ge外延層界面特性變優(yōu)，具有g(shù)e外延層位錯(cuò)密度低的優(yōu)點(diǎn)，從而進(jìn)一步提高發(fā)光二極管的發(fā)光效率；

3)本發(fā)明通過(guò)連續(xù)激光輔助晶化ge/si虛襯底，可有效降低ge/si虛襯底的位錯(cuò)密度和表面粗糙度，可顯著提高后續(xù)gesn外延層的質(zhì)量，進(jìn)而可顯著提高發(fā)光器件的性能。

附圖說(shuō)明

下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種晶化處理工藝的流程示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種lrc工藝方法示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5a-圖5l為本發(fā)明實(shí)施例的一種基于臺(tái)階結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管的制備工藝示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例一

請(qǐng)參見(jiàn)圖1，圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。該發(fā)光二極管10包括：

單晶si襯底11；

第一ge層12，設(shè)置于所述單晶si襯底11表面；

ge基臺(tái)階結(jié)構(gòu)13，設(shè)置于所述第一ge層12表面的中心位置處；

正電極14，設(shè)置于所述第一ge層12的上表面并位于所述ge基臺(tái)階結(jié)構(gòu)13兩側(cè)的位置處；

負(fù)電極15，設(shè)置于所述ge基臺(tái)階結(jié)構(gòu)13的上表面；

鈍化層16，設(shè)置于所述第一ge層12和所述ge基臺(tái)階結(jié)構(gòu)13的上表面以及所述正電極14和所述ge基臺(tái)階結(jié)構(gòu)13的中間，以形成所述發(fā)光二極管10。

其中，所述第一ge層12包括晶化ge籽晶層、晶化ge主體層和第二ge層；其中，所述ge主體層設(shè)置于所述ge籽晶層上表面，所述第二ge層設(shè)置于所述ge主體層上表面。

優(yōu)選地，所述晶化ge籽晶層的厚度為40～50nm；所述晶化ge主體層的厚度為150～250nm；所述第二ge層的厚度為400-450nm。

其中，所述晶化ge籽晶層和所述晶化ge主體層是經(jīng)過(guò)lrc工藝晶化處理后形成的。

優(yōu)選地，請(qǐng)參見(jiàn)圖2，圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種晶化處理工藝的流程示意圖。所述晶化處理包括：

步驟1、將包括所述單晶si襯底11、所述晶化ge籽晶層和所述晶化ge主體層的整個(gè)襯底材料加熱至700℃；

步驟2、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；

步驟3、自然冷卻所述整個(gè)襯底材料。

請(qǐng)進(jìn)一步參見(jiàn)圖3，圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種lrc工藝方法示意圖，lrc工藝即激光再晶化(laserre-crystallization，簡(jiǎn)稱(chēng)lrc)工藝，是一種熱致相變結(jié)晶的方法，通過(guò)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(cuò)缺陷，不僅可獲得高質(zhì)量的ge外延層，同時(shí)，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(kuò)問(wèn)題，另一方面si/ge之間材料界面特性好。

其中，所述第一ge層12為p型，且摻雜濃度為5×10¹⁸cm^-3。

其中，所述ge基臺(tái)階結(jié)構(gòu)13包括gesn層和第三ge層；其中，所述第三ge層設(shè)置于所述gesn層上表面。

優(yōu)選地，所述gesn層的厚度為150～200nm。

優(yōu)選地，所述第三ge層為n型，且厚度為40～60nm、摻雜濃度為1×10¹⁹cm^-3。

優(yōu)選地，所述正電極14和所述負(fù)電極15為cr或者au材料，且其厚度為150～200nm。

本發(fā)明通過(guò)連續(xù)激光輔助晶化ge/si虛襯底，可有效降低ge/si虛襯底的位錯(cuò)密度和表面粗糙度，可顯著提高后續(xù)gesn外延層的質(zhì)量，進(jìn)而可顯著提高發(fā)光器件的性能。

實(shí)施例二

請(qǐng)參見(jiàn)圖4，圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。該發(fā)光二極管40包括單晶si襯底41、p型晶化ge層42、無(wú)摻雜的gesn層43、n型ge層44和金屬電極45。

其中p型晶化ge層42包括：晶化ge籽晶層401、晶化ge主體層402和第一ge層403。

本發(fā)明實(shí)施例，利用lrc工藝具有解決現(xiàn)有工藝條件下ge外延層質(zhì)量低的問(wèn)題。同時(shí)，由于lrc工藝可精確控制晶化區(qū)域，可有效降低ge虛襯底的位錯(cuò)密度、表面粗糙度、界面缺陷，提升ge虛襯底的質(zhì)量從而得到更高質(zhì)量的gesn外延層，進(jìn)而可顯著提高發(fā)光器件的性能。

實(shí)施例三

請(qǐng)參照?qǐng)D5a-圖5l，圖5a-圖5l為本發(fā)明實(shí)施例的一種基于臺(tái)階結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管的制備工藝示意圖，該制備方法包括如下步驟：

s101、選取單晶si襯底001，如圖5a所示；

s102、在275℃～325℃溫度下，利用cvd工藝在單晶si襯底001上生長(zhǎng)50nm的ge籽晶層002，如圖5b所示；

s103、在500℃～600℃溫度下，利用cvd工藝在ge籽晶層002表面生長(zhǎng)200nm的ge主體層003，如圖5c所示；

s104、利用cvd工藝在ge主體層003表面上淀積120nmsio2層004，如圖5d所示；

s105、將包括單晶si襯底001、ge籽晶層002、ge主體層003及sio2層004的整個(gè)襯底材料加熱至700℃，連續(xù)采用lrc工藝晶化

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，自然冷卻整個(gè)襯底材料；

s106、利用干法刻蝕工藝刻蝕sio2層004，得到激光晶化后的ge層005，其中，ge層005代表激光晶化后的ge籽晶層002和ge主體層003的統(tǒng)稱(chēng)，如圖5e所示；

s107、在溫度300-400℃下，利用cvd工藝在lrc工藝晶化后的ge層005上生長(zhǎng)450nm厚的ge層006，如圖5f所示。

s108、利用離子注入工藝對(duì)ge層006和lrc工藝晶化后的ge層005進(jìn)行摻雜，摻雜濃度為5×10¹⁸cm^-3，形成p型晶化ge層007(為了便于圖示觀看，將晶化后的ge層005以及晶化后生長(zhǎng)的ge層006合稱(chēng)為p型晶化ge層007)，之后進(jìn)行退火，如圖5g所示；

s109、在h2氛圍中將溫度降到350℃以下，sncl4和geh4分別作為sn和ge源，摻sn組分達(dá)到8％。生長(zhǎng)200nm厚的無(wú)摻雜的ge0.92sn0.08層008，如圖5h所示；

s110、繼之前相同溫度下，繼續(xù)淀積ge層。p摻雜濃度為1×10¹⁹cm^-3。用n2作為運(yùn)載氣體可以提高生長(zhǎng)速率，1％的ph3作為p摻雜源。生長(zhǎng)50nm厚的n型ge層結(jié)構(gòu)009，如圖5i所示；

s112、室溫下，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，刻蝕的深度控制在500nm，使p型晶化ge層007露出做金屬接觸，如圖5j所示；

s111、利用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積工藝，淀積150nm厚的sio2鈍化層010，隔離臺(tái)面與外界電接觸，用刻蝕工藝選擇性刻蝕掉指定區(qū)域的sio2形成接觸孔，如圖5k所示；

s112、利用電子束蒸發(fā)淀積工藝，150nm厚的cr或au層011，利用刻蝕工藝刻選擇性蝕掉指定區(qū)域的金屬cr或au，采用化學(xué)機(jī)械拋光(cmp)進(jìn)行平坦化處理，如圖5l所示。

實(shí)施例四

請(qǐng)繼續(xù)參照?qǐng)D5a-圖5l，圖5a-圖5l為本發(fā)明實(shí)施例的一種基于臺(tái)階結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管的制備工藝示意圖，該制備方法還包括如下步驟：

s101、選取單晶si襯底001，如圖5a所示；

s102、在275℃～325℃溫度下，利用cvd工藝在單晶si襯底001上生長(zhǎng)40～50nm的ge籽晶層002，如圖5b所示；

s103、在500℃～600℃溫度下，利用cvd工藝在ge籽晶層002表面生長(zhǎng)150～250nm的ge主體層003，如圖5c所示；

s104、利用cvd工藝在ge主體層003表面上淀積100～150nmsio2層004，如圖5d所示；

s105、將包括單晶si襯底001、ge籽晶層002、ge主體層003及sio2層004的整個(gè)襯底材料加熱至700℃，連續(xù)采用lrc工藝晶化整個(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，自然冷卻整個(gè)襯底材料；

s106、利用干法刻蝕工藝刻蝕sio2層004，形成激光晶化后的ge層005，其中，ge層005代表激光晶化后的ge籽晶層002和ge主體層003的統(tǒng)稱(chēng)，如圖5e所示；

s107、在溫度300-400℃下，利用cvd工藝在lrc工藝晶化后的ge層005上生長(zhǎng)400-450nm厚的ge層006，如圖5f所示。

s108、利用離子注入工藝對(duì)ge層006和lrc工藝晶化后的ge層005進(jìn)行摻雜，摻雜濃度為5×10¹⁸cm^-3，形成p型晶化ge層007(為了便于圖示觀看，將晶化后的ge層005以及晶化后生長(zhǎng)的ge層006合稱(chēng)為p型晶化ge層007)，之后進(jìn)行退火，如圖5g所示；

s109、在h2氛圍中將溫度降到350℃以下，sncl4和geh4分別作為sn和ge源，摻sn組分達(dá)到8％。生長(zhǎng)150～200nm厚的無(wú)摻雜的ge0.92sn0.08層008，如圖5h所示；

s110、繼之前相同溫度下，繼續(xù)淀積ge層。p摻雜濃度為1×10¹⁹cm^-3。用n2作為運(yùn)載氣體可以提高生長(zhǎng)速率，1％的ph3作為p摻雜源。生長(zhǎng)40～60nm厚的n型ge層結(jié)構(gòu)009，如圖5i所示；

s112、室溫下，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，刻蝕的深度控制在500nm，使p型晶化ge層007露出做金屬接觸，如圖5j所示；

s111、采用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積技術(shù)，淀積150～200nm厚的sio2鈍化層010，隔離臺(tái)面與外界電接觸，用刻蝕工藝選擇性刻蝕掉指定區(qū)域的sio2形成接觸孔，如圖5k所示；

s112、利用電子束蒸發(fā)工藝，淀積150～200nm厚的cr或au層011，利用刻蝕工藝刻選擇性蝕掉指定區(qū)域的金屬cr或au，采用化學(xué)機(jī)械拋光(cmp)進(jìn)行平坦化處理，如圖5l所示。

綜上，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明一種基于臺(tái)階結(jié)構(gòu)的led的結(jié)構(gòu)及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)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(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上，本說(shuō)明書(shū)內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以所附的權(quán)利要求為準(zhǔn)。