張應變鍺薄膜外延結構制造技術

【技術實現步驟摘要】

本技術屬于半導體
，具體的是涉及一種張應變鍺薄膜外延結構。
技術介紹
張應變能夠改變半導體鍺材料的能帶結構，降低禁帶寬度并提高載流子的遷移率。張應變鍺薄膜在場效應晶體管、光電探測器、發光管以及激光器中得到了廣泛的應用。張應變鍺薄膜的外延生長結構通常有兩種，一是在Si襯底上生長Ge薄膜。由于Si的晶格常數比Ge的小，Ge薄膜中的張應變主要由Si和Ge熱膨脹系數的不同而產生，由于 熱膨脹系數失配有限，且材料承受的溫度最高必須低于其熔點，最大張應變僅能達到0. 3%。二是在GeSn緩沖層上生長Ge薄膜。GeSn合金的晶格常數比Ge的大，共格生長在GeSn緩沖層上的Ge薄膜中的張應變隨著Sn組份的增加而增加。然而，Ge和Sn的相互平衡固溶度都小于1%，并且Sn的表面自由能比Ge的小，Sn容易分凝到表面。制備高Sn組份、高質量GeSn緩沖層很困難。在GeSn緩沖層上生長Ge薄膜獲得的張應變不足I. 0%。
技術實現思路
本技術的目的在于提供一種鍺薄膜張應變大的張應變鍺薄膜外延結構。本技術解決其技術問題采用的技術方案是一種張應變鍺薄膜外延結構，包括襯底和依次層疊在所述襯底表面上的InxGa1^xAs緩沖層、含鍺薄膜層；其中，0〈x彡0. 53。優選地，所述InxGahAs緩沖層包括互相層疊的In含量遞變的遞變層和In含量恒定的恒定層，所述遞變層與所述襯底層疊，所述恒定層與含鍺薄膜層層疊。優選地，所述InxGahAs緩沖層通過非共格生長與所述襯底層疊。進一步優選地，所述InxGahAs緩沖層的線位錯密度低于107cm_2，表面粗糙度小于2納米。進一步優選地,所述InxGahAs緩沖層的厚度大于0,小于5微米。優選地，所述含鍺薄膜層通過共格生長與所述InxGahAs緩沖層層疊。進一步優選地，所述含鍺薄膜層的厚度為5 100納米。進一步優選地,所述含鍺薄膜層為SipyGey合金層或Ge1=Snz層,其中，y=0. 8 I或 Z=O 0. I。更進一步優選地，所述含鍺薄膜層為Ge單質層。優選地,所述襯底為包括砷化鎵晶圓或磷化銦晶圓。上述張應變鍺薄膜外延結構中的InxGahAs緩沖層具有比含鍺薄膜層大的晶格常數，且晶格常數隨In組份的增加線性增加，使得生長在InxGahAs緩沖層上的含鍺薄膜層張應變大，而且含鍺薄膜層的張應變隨著In含量的增加而增加，當InxGahAs中的x為0. 3時，其張應變高達到2. 0%。附圖說明圖I是本技術實施例一優選張應變鍺薄膜外延結構的結構示意圖；圖2是本技術實施例另一優選張應變鍺薄膜外延結構的結構示意圖；圖3是本技術實施例張應變鍺薄膜外延結構中含鍺薄膜層的張應變與InxGa1^xAs緩沖層中In的含量關系圖。具體實施方式為了使本技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本技術進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本技術，并不用于限定本技術。本技術提供了一種鍺薄膜張應變大的張應變鍺薄膜外延結構。如圖1、2所 示，該張應變鍺薄膜外延結構包括襯底I和依次生長在襯底I表面上的InxGahAs緩沖層2、含鍺薄膜層3 ;其中，0〈x < 0. 53。這樣，該張應變鍺薄膜外延結構中的InxGahAs緩沖層2具有比含鍺薄膜層3大的晶格常數，且晶格常數隨In含量的增加呈線性增加，從而使得生長在InxGahAs緩沖層2上的含鍺薄膜層3張應變大。申請人將含鍺薄膜層3的張應變與InxGa1^xAs緩沖層2中In的含量關系進行測試分析得知，分析結果見圖3所示，該含鍺薄膜層3的張應變隨著In含量的增加而增加，如當X為0. 3時，其張應變高達到2. 0%。優選地，如圖2所示，作為本技術的實施例，上述實施例中的襯底I為砷化鎵晶圓或憐化鋼晶圓，該神化嫁晶圓或憐化鋼晶圓更有利于InxGahAs緩沖層2在其表面生長。該InxGahAs緩沖層2包括互相層疊的In含量遞變的遞變層21和In含量恒定的恒定層22，該遞變層21與襯底I層疊，恒定層22與含鍺薄膜層3層疊。其中，該遞變層21中的In含量遞變可以使遞減的遞變，如當襯底I為InP襯底時，該遞變層21中的In含量遞變為遞減的遞變；該遞變層21中的In含量遞變還可以使遞增的遞變，如當襯底I為GaAs襯底時，該遞變層21中的In含量遞變為遞增的遞變。該該遞變層21中的In摩爾含量遞變速率優選為5 15%/微米。該優選的InxGahAs緩沖層2結構能使得InGaAs緩沖層2中的晶體質量好，表現在位錯密度低，表面平整。進一步優選地，如圖1、2所示，作為本技術的實施例，InxGa1^xAs緩沖層2是通過非共格生長在與襯底I表面上，以實現與襯底I的層疊，該InxGahAs緩沖層2的線位錯密度低于IO7CnT2 (注該線位錯密度低于IO7CnT2表示的是在每平方厘米的面積上，含有IO7個線位錯)，表面粗糙度小于2納米，厚度大于O、小于5微米。其中，InxGa1^xAs緩沖層2是通過非共格生長，能有效的增大原子之間的間距和增大該緩沖層2中的晶格常數，從而增大含鍺薄膜層3張應變；該優選的線位錯密度和表面粗糙度能有效的改善張應變鍺薄膜中的晶體質量和改善張應變鍺薄外延結構的平整度，增大其應用范圍。優選地，如圖1、2所示，作為本技術的實施例，上述實施例中的含鍺薄膜層3通過共格生長與InxGahAs緩沖層2層疊。其中，含鍺薄膜層3的厚度優選為5 100納米。含鍺薄膜層3優選為SipyGey合金層或Ge1=Snz層,其中，y=0. 8 I, z=0 0. I,更優選為Ge單質層，當鍺薄膜層3為SihGey合金層，y=0. 8 I時，含鍺薄膜層3為高鍺含量的Sii_yGey合金層；當鍺薄膜層3為Gei_zSnz層，z=0 0. I時，含鍺薄膜層3為高鍺含量的Gei_zSnz層。該優選的含鍺薄膜層3能使得張應變鍺薄膜外延結構具有優良的張應變。本技術張應變鍺薄膜外延結構可以經由以下步驟制備獲得，同時請參見圖I :S01.襯底的準備準備GaAs或者InP晶圓襯底1，采用化學方法清洗GaAs或者InP晶圓表面，去除金屬、有機物等雜質，傳入生長室；S02. InxGa1^xAs (0<x ( 0. 53)緩沖層2的生長在生長在襯底I上生長InxGapxAs(0<x ^ 0. 53)緩沖層2 ;由于InxGa1^xAs (0<x ^ 0. 53)緩沖層2的晶體質量直接決定了含鍺薄膜層3的質量，為了高質量張應變含鍺薄膜層3的生長，生長在襯底I上的InxGahAs(0<x ( 0. 53)緩沖層2的應變應完全或者大部分弛豫，線位錯密度低于IO7CnT2,表面粗糙度小于2納米，InxGa1^xAs (0<x ^O. 53)緩沖層2的厚度小于5微米；當襯底I為GaAs晶圓時，InxGa1^xAs (0〈x彡0. 53)緩沖層2中的InxGapxAs的x可以從0開始逐步提高In的組份，直到滿足所需；當襯底I為InP晶圓時，InxGa1^xAs (0<x ( 0. 53)緩沖層2時，由于In的含量為0. 53的InGaAs晶格常數與InP的匹配，可以從0. 53本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種張應變鍺薄膜外延結構，包括襯底和依次層疊在所述襯底表面上的InxGa1？xAs緩沖層、含鍺薄膜層；其中，0

【技術特征摘要】
1.一種張應變鍺薄膜外延結構，包括襯底和依次層疊在所述襯底表面上的InxGahAs緩沖層、含鍺薄膜層；其中，0〈x ( O. 53。2.如權利要求I所述的張應變鍺薄膜外延結構，其特征在于所述InxGahAs緩沖層包括互相層疊的In含量遞變的遞變層和In含量恒定的恒定層，所述遞變層與所述襯底層疊，所述恒定層與含鍺薄膜層層疊。3.如權利要求I或2所述的張應變鍺薄膜外延結構，其特征在于所述InxGahAs緩沖層通過非共格生長與所述襯底層疊。4.如權利要求3所述的張應變鍺薄膜外延結構，其特征在于所述InxGahAs緩沖層的線位錯密度低于IO7CnT2，表面粗糙度小于2納米。5.如權利要求3所述的張應變鍺薄膜外延結...

【專利技術屬性】
技術研發人員：周志文，葉劍鋒，
申請(專利權)人：深圳信息職業技術學院，
類型：實用新型
國別省市：