[發(fā)明專利]一種制備直接帶隙Ge薄膜的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210593808.6
• 申請日: 2012-12-31
• 公開（公告）號: CN103065938A
• 公開（公告）日: 2013-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 狄增峰;郭慶磊;張苗;卞劍濤;葉林;陳達
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號: H01L21/02
• 分類號: H01L21/02
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所 31219
• 代理人: 李儀萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種制備直接帶隙Ge薄膜的方法。

背景技術(shù)

微電子技術(shù)的高速發(fā)展使得摩爾定律越來越逼近其物理極限而受到挑戰(zhàn)，硅基光電集在成近年來的迅速發(fā)展被認(rèn)為能夠有效地延續(xù)摩爾定律的延伸。?目前，阻礙硅基光電集成技術(shù)發(fā)展的主要障礙是如何解決能與當(dāng)今現(xiàn)有的硅基CMOS兼容的片上光源問題。因此，尋找一種能與硅工藝相兼容的有效地有源發(fā)光材料是硅基光電集成的重要所在。

當(dāng)Ge薄膜中張應(yīng)變大于2.0%，可以由原來的間接帶隙材料轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯訋恫牧希梢詽M足硅基光電集成發(fā)展對于材料的要求，可以用來做激光發(fā)射器，同時由于Ge與Si可以有效的集成，從而提高了一種低成本的實現(xiàn)片上光電集成的途徑。

為了得到具有直接帶隙的Ge薄膜，人們從不同途徑進行了探索：利用Ge和Si的熱膨脹系數(shù)的差異直接在Si上外延可以得到張應(yīng)變的Ge薄膜，但應(yīng)變度較小，只有0.3%左右，且由于硅鍺之間較大的晶格失配使得所生長的Ge薄膜具有較高的位錯密度；與此同時，人們利用III-V族組分遞增的緩沖層做虛擬襯底，可以得到較大應(yīng)變的Ge薄膜，但由于III-V外延需要用生長速度慢的MBE或MOCVD,而且組分遞增的緩沖層一般厚度較大，增加了成本。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種制備直接帶隙Ge薄膜的方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中制備張應(yīng)變Ge薄膜位錯密度較高，成本較大的問題。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種制備直接帶隙Ge薄膜的方法，該方法包括以下步驟：

提供一GeOI襯底；其包括硅襯底、位于該硅襯底上的埋氧層以及位于該埋氧層上的頂層鍺納米薄膜；

采用光刻以及RIE技術(shù)對所述頂層鍺納米薄膜進行圖形化處理，開出若干與底部所述埋氧層貫通的腐蝕窗口；

濕法腐蝕，自所述腐蝕窗口對GeOI襯底進行腐蝕，直至埋氧層被徹底腐蝕掉，使得所述圖形化的頂層鍺納米薄膜與硅襯底虛接觸；

提供一PDMS載體，所述PDMS載體與所述圖形化的頂層鍺納米薄膜緊密接觸，從而將與硅襯底虛接觸的圖形化的頂層鍺納米薄膜轉(zhuǎn)移到PDMS載體上；

將載有圖形化的頂層鍺納米薄膜的PDMS載體兩端夾緊，并向兩端施加機械拉伸使得頂層鍺納米薄膜隨著PDMS載體的拉伸而形變，在其內(nèi)部產(chǎn)生張應(yīng)變。

本發(fā)明提供了一種制備低缺陷、低位錯、高單晶質(zhì)量的張應(yīng)變Ge納米薄膜的方法。首次提出利用機械拉伸的方法制得具有直接帶隙的Ge薄膜；轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)制備張應(yīng)變Ge以及直接帶隙Ge薄膜的方法的觀念，利用機械拉伸的方法所制備的直接帶隙鍺納米薄膜具有較高的單晶質(zhì)量以及應(yīng)變大小任意可控的特點。可用于光電器件；具有低缺陷、低位錯密度的特點；通過機械拉伸制備直接帶隙Ge納米薄膜的方法工藝簡單，成本較低。

附圖說明

圖1a-圖1e為本發(fā)明一種制備直接帶隙Ge薄膜的方法的流程圖。

元件符號說明

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。

請參閱圖1a至圖1e所示。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。

本發(fā)明提供一種制備直接帶隙Ge薄膜的方法，該方法包括以下步驟：

提供一GeOI襯底；其包括硅襯底、位于該硅襯底上的埋氧層以及位于該埋氧層上的頂層鍺納米薄膜；

采用光刻以及RIE技術(shù)對所述頂層鍺納米薄膜進行圖形化處理，開出若干與底部所述埋氧層貫通的腐蝕窗口；

濕法腐蝕，自所述腐蝕窗口對GeOI襯底進行腐蝕，直至埋氧層被徹底腐蝕掉，使得所述圖形化的頂層鍺納米薄膜與硅襯底虛接觸；

提供一PDMS載體，所述PDMS載體與所述圖形化的頂層鍺納米薄膜緊密接觸，從而將與硅襯底虛接觸的圖形化的頂層鍺納米薄膜轉(zhuǎn)移到PDMS載體上；

將載有圖形化的頂層鍺納米薄膜的PDMS載體兩端夾緊，并向兩端施加機械拉伸使得頂層鍺納米薄膜隨著PDMS載體的拉伸而形變，在其內(nèi)部產(chǎn)生張應(yīng)變。