。
[0033]由于S1、Ge、Sn三者的晶格常数关系为:aSi〈aee〈aSn，所以该SiGeSn单晶材料的晶格常数B1K GeSn单晶材料的晶格常数a 2小，即a ^a2;在外延生长过程中，由于Y、Z方向的压应变导致了 SiGeSn单晶材料体积的变化，从而会在GeSn量子阱2中形成沿X方向的张应变，形成GeSn应变单晶材料量子阱，从而减小GeSn带隙，使器件吸收边红移。
[0034]步骤4:利用离子注入，在量子阱两侧的SiGeSn单晶材料中分别注入剂量为115cm 2，能量为20KeV的磷元素和硼元素，形成电极，即在注入磷元素的区域形成N型电极4，在注入硼元素的区域形成P型电极5，未被注入的SiGeSn单晶材料区域形成势皇层3，如图3d。
[0035]实施例2:制作量子阱的Sn组分为0.15的，势皇层的Ge组分为0.5，Si组分为0.35的横向GeSn/SiGeSn量子阱光电发光器件。
[0036]步骤一:外延弛豫本征GeSn单晶
[0037]在SOI衬底I上，以固体Ge和Sn作为蒸发源，在温度为190°C，压强为10_4pa的环境下，外延Sn组分为0.15，Ge组分为0.85的弛豫本征GeSn单晶，如图3a。
[0038]步骤二:刻蚀量子阱
[0039]用氯基离子基团作为刻蚀剂，在光刻胶掩蔽作用下，对步骤一外延的弛豫本征GeSn单晶进行横向刻蚀，形成GeSn单晶材料量子阱2，如图3b。
[0040]步骤三:外延SiGeSn单晶材料
[0041]利用分子束外延工艺，以固体S1、Ge和Sn作为蒸发源，在温度为190°C，压强为10_4pa的环境下，在GeSn量子阱之间的间隙中生长Si组分为0.35,Ge组分为0.5, Sn组分为0.15的SiGeSn单晶材料，如图3c。该SiGeSn单晶材料的晶格常数&1比GeSn单晶材料的晶格常数&2小，即ai〈a2;
[0042]在外延生长过程中，由于SiGeSn材料体积改变，会在GeSn量子阱2中形成沿X方向的张应变，形成GeSn应变单晶材料量子阱，从而减小GeSn带隙，使器件吸收边向红移。
[0043]步骤四:离子注入形成电极和势皇层
[0044]利用尚子注入，在量子讲两侧的SiGeSn单晶材料中分别注入剂量为115Cm 2，能量为20KeV的磷元素和硼元素，形成电极，即在注入磷元素的区域形成N型电极4，在注入硼元素的区域形成P型电极5，未被注入的SiGeSn单晶材料区域形成势皇层3，如图3d。
[0045]实施例3:制作量子阱的Sn组分为O的，势皇层的Ge组分为1，Si组分为O的横向GeSn/SiGeSn量子讲光电发光器件。
[0046]步骤A:采用分子束外延工艺在Ge衬底I上，以固体Ge和Sn作为蒸发源，在温度为200°C，压强为10_4pa的环境下，外延Sn组分为0，Ge组分为I的弛豫本征GeSn单晶，如图3a。
[0047]步骤B:利用氯基离子基团为刻蚀剂，在光刻胶掩蔽作用下，将本征GeSn单晶刻成横向量子阱结构，如图3b。
[0048]步骤C:利用分子束外延工艺，在GeSn量子阱之间间隙中生长Si组分为0，Ge组分为1，Sn组分为O的SiGeSn单晶材料，如图3c。其外延的工艺条件如下:
[0049]蒸发源:固体S1、Ge和Sn
[0050]温度:200°C，
[0051]压强:10_4pa。
[0052]该SiGeSn单晶材料的晶格常数B1比GeSn单晶材料的晶格常数a 2小，即a
外延生长过程中，由于SiGeSn材料体积改变，会在GeSn量子阱2中形成沿X方向的张应变，形成GeSn应变单晶材料量子阱，从而减小GeSn带隙，使器件吸收边向红移。
[0053]步骤D:利用离子注入方法，在量子阱两侧的SiGeSn单晶材料中分别注入剂量为115cm 2，能量为20KeV的磷元素和硼元素，分别形成N型电极4和P型电极5，未被注入的SiGeSn单晶材料区域形成势皇层3，如图3d。
【主权项】
1.一种横向GeSn/SiGeSn量子讲光电发光器件，包括:衬底(I)、量子讲(2)、势皇层(3)、N型电极(4)和P型电极(5)，该量子阱(2)和势皇层(3)组成发光有源区，其特征在于: 量子阱(2)采用Sn组分为大于等于O小于等于0.3的GeSn应变单晶材料； 势皇层(3)采用Sn组分为大于等于O小于等于0.3,Ge组分为大于等于O小于等于I的单晶材料； 所述量子阱(2)与所述势皇层(3)横向交叠排列。2.如权利要求1所述的横向GeSn/SiGeSn量子阱光电发光器件，其特征在于，势皇层(3)的单晶材料晶格常数&1比量子阱(2)的应变单晶材料的晶格常数aj、，即a i〈a2。3.如权利要求1所述的横向GeSn/SiGeSn量子讲光电发光器件，其特征在于:衬底(I)采用Si材料或其他单晶材料。4.一种横向GeSn/SiGeSn量子讲光电发光器件的制作方法，包括如下步骤: 1)利用分子束外延工艺，在衬底(I)上生长Sn组分为O?0.3的弛豫本征GeSn单晶； 2)利用刻蚀工艺，将弛豫本征GeSn单晶刻成横向量子阱(2)，形成GeSn量子阱与间隙横向交错排列的结构； 3)利用分子束外延工艺，在横向量子讲的间隙中生长Ge组分为O?l、Sn组分O?0.3的SiGeSn单晶材料； 4)利用离子注入，在量子阱两侧的SiGeSn单晶材料中分别注入剂量为1015cm_2，能量为20KeV的P元素和B元素，形成电极，即在再注入P元素的区域形成N型电极4和在注入B元素的区域形成P型电极5，未被注入的SiGeSn单晶材料区域形成势皇层(3)，形成量子阱。5.权利要求4所述的横向GeSn/SiGeSn量子讲光电发光器件的制作方法:其中所述步骤I)的分子束外延工艺，是以固体Ge和Sn作为蒸发源，设工作温度为180?200°C，在10_4pa的压强下外延GeSn层。6.如权利要求4所述的横向GeSn/SiGeSn量子阱光电发光器件的制作方法:其中所述步骤2)的刻蚀工艺，是利用氯基离子基团，在光刻胶掩蔽作用下刻蚀GeSn。7.如权利要求4所述的横向GeSn/SiGeSn量子阱光电发光器件的制作方法:其中所述步骤3)的分子束外延工艺是，以固体S1、Ge和Sn作为蒸发源，设工作温度为180?200°C，在l(T4pa的压强下外延SiGeSn层。
【专利摘要】本发明公开了一种横向GeSn/SiGeSn量子阱发光器件，主要解决现有红外发光器件材料毒性大，成本高的问题。其包括：衬底(1)、量子阱(2)、势垒层(3)、N型电极(4)和P型电极(5)。量子阱采用Sn组分为[0,0.3]的GeSn应变单晶材料；势垒层采用Sn组分为[0,0.3]、Ge组分为[0,1]的SiGeSn单晶材料；该量子阱与势垒层横向交叠排列组成发光有源区，且位于衬底上。本发明通过SiGeSn单晶材料在外延过程中的体积改变使GeSn量子阱材料产生横向张应变，减小了GeSn材料带隙，并使导带Γ能谷相对于L能谷下移，提高了发光器件的光谱响应和内量子效率，可用于制作大规模集成电路。
【IPC分类】H01L31/09, H01L31/18, H01L33/06, H01L33/34, H01L33/00, H01L31/028
【公开号】CN104900729
【申请号】CN201510340862
【发明人】韩根全, 张春福, 周久人, 张进城, 郝跃
【申请人】西安电子科技大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年6月18日