[发明专利]红外LED及其制备方法

说明书

本发明涉及一种红外LED及其制备方法，该方法包括：选取Si衬底；在Si衬底表面生长Ge外延层；在Ge外延层表面上淀积保护层；利用LRC工艺晶化Si衬底、Ge外延层、保护层；刻蚀保护层，形成晶化后的Ge层；对晶化后的Ge层进行掺杂形成P型晶化Ge层；在P型晶化Ge层表面连续生长Ge层、N型Ge层和N型Si层；制作金属电极，最终形成红外LED。本发明采用激光再晶化(Laser Re‑Crystallization，简称LRC)工艺可有效降低Ge虚衬底的位错密度、表面粗糙度、界面缺陷，提升Ge虚衬底的质量。

技术领域

本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种红外LED及其制备方法。

背景技术

半导体集成电路是电子工业的基础，人们对电子工业的巨大需求，促使了该领域的迅速发展。并一直遵循着Moore定律发展，随着特征尺寸逐渐减小，集成电路的电互连出现了传输延迟、带宽密度等一系列问题。因此光互连成为现代集成电路更好的选择，其中发光管将电信号转换为光信号是光电集成的关键器件之一。

目前，半导体光源主要使用III-V族半导体材料，但是其价格昂贵、导热性能和机械性能较差，以及与现有的成熟的Si工艺兼容性差等缺点，限制了其在Si基光电集成技术中的应用。而同为IV族元素的Ge材料因其与Si的可集成性及其独特的能带结构有望成为Si基光电集成回路中的光源。依据文献报道，利用Si衬底与Ge外延层之间的热失配，在Ge外延层中引入低强度张应变，同时结合n型重掺杂的能带工程手段，可使Si衬底上的Ge外延层材料由间接带隙转变为准直接带隙半导体材料，并基于该GeSi虚衬底材料制备了PiN结构的发光器件(LED)。

然而，由于Si衬底与Ge外延层之间的晶格失配较大(约4％)，采用常规两步法工艺制备的Ge外延层存在GeSi界面差、热预算高、工艺周期长、以及位错密度高等问题，制约了Ge红外LED发光器件性能的提升。

发明内容

因此，为解决现有技术存在的技术缺陷和不足，本发明提出一种红外LED及其制备方法。

具体地，本发明一个实施例提出的一种红外LED的制备方法，包括：

选取Si衬底；

在所述Si衬底表面生长Ge外延层；

在所述Ge外延层表面上淀积保护层；

利用LRC(激光再晶化)工艺晶化所述Si衬底、所述Ge外延层、所述保护层；

刻蚀所述保护层，形成晶化后的Ge层；

对晶化后的所述Ge层进行掺杂形成P型晶化Ge层；

在所述P型晶化Ge层表面连续生长Ge层、N型Ge层和N型Si层；

制作金属电极，最终形成所述红外LED。

在本发明的一个实施例中，在所述Si衬底表面生长Ge外延层，包括：

在275℃～325℃温度下，利用CVD(化学气相淀积)工艺在所述Si衬底表面生长40～50nm厚度的Ge籽晶层；

在500℃～600℃温度下，利用CVD工艺在所述Ge籽晶层表面生长150～250nm厚度的Ge主体层。

在本发明的一个实施例中，在所述Ge外延层表面上淀积保护层，包括：

利用CVD工艺在所述Ge主体层表面淀积100～150nm厚度的SiO₂层。

在本发明的一个实施例中，利用LRC工艺晶化所述Si衬底、所述Ge外延层、所述保护层，包括：