【技术实现步骤摘要】
本公开涉及半导体材料和光电子，尤其涉及一种硅基锗锡厚膜的生长方法。
技术介绍
1、随着硅基微电子技术的发展，摩尔定律主导的微电子技术的进程逐渐靠近物理极限。而光电子技术的发展，可以有效的降低芯片的功率密度，因此光电子技术可以实现三维立体集成，且不会引起热损耗的上升，光电子技术开始吸引了越来越多的人的注意。微电子的工艺平台以硅工艺为主导，因此在不同材料体系的光电子技术的集成方案中，硅基的四族光电子技术由于可以利用完善的硅基coms工艺平台，因此具有巨大的经济效益。硅基锗工艺技术逐渐完善，锗材料制备的c和l波段的集成收发模块已经进入产业化的阶段，这说明硅基光电子技术在通信波段的应用有了成功的先例。
2、长途光纤通信随着数据量快速增长，为了解决未来可能出现的通信危机，一种有前途的技术是使用基于低损耗空芯光子带隙光纤(hc-pbgf)，将光通信波段扩展至2μm波段。hc-pbgfs的空气间隙降低了瑞利散射效应，潜在的传输损耗＜0.1db/km，低于传统的单模光纤。掺铥光纤放大器在2μm波段也表现出低噪声和高增益，可用作2μm通信系统的光源。硅基cmos工艺是目前最完善半导体产业工艺，可实现大规模集成制造，芯片的成本低。因此，硅基片上2μm系统及相关器件的研发吸引了越来越多的注意。将锡原子引入锗材料中可以将材料的吸收截止波长扩展到2μm，但是低锡组分(～4％)锗锡的薄层的吸收系数比较低，锡组分在4～10％的锗锡合金不易弛豫，弛豫后会易于造成锡原子的分凝。高锡(～10％)组分的锗锡易于弛豫，但是生长难度大。目前制备的2μm波段的
3、因此，如何实现生长高锡组分并易于弛豫的厚锗锡层成为了一项极富挑战性的任务。
技术实现思路
1、鉴于上述问题，本专利技术提供了一种硅基锗锡厚膜的生长方法，以解决如何生长高锡组分的厚锗锡层并实现厚锗锡层弛豫的问题。
2、本公开的一个方面提供了一种硅基锗锡厚膜的生长方法，包括：在硅衬底上生长锗缓冲层；在所述锗缓冲层上生长第一锗锡层，当所述第一锗锡层的厚度超过临界厚度时，所述锗缓冲层发生弛豫；在所述第一锗锡层上生长第二锗锡层，所述第二锗锡层的锡组分随生长厚度的增加逐渐增大；在所述第二锗锡层上生长第三锗锡层，所述第三锗锡层的锡组分随生长厚度的增加逐渐减少；对所述第一锗锡层、第二锗锡层和第三锗锡层生长完成后得到的硅基锗锡厚膜进行快速循环退火处理。
3、可选地，所述第一锗锡层、所述第二锗锡层与所述第三锗锡层在140℃～150℃的温度范围内生长，且所述第一锗锡层、所述第二锗锡层与所述第三锗锡层在同一温度下生长。
4、可选地，所述对所述第一锗锡层、第二锗锡层和第三锗锡层生长完成后得到的硅基锗锡厚膜进行快速循环退火处理，包括：对所述硅基锗锡厚膜预热；将所述硅基锗锡厚膜升温15s～20s至所述第一退火温度，所述第一退火温度在360℃～420℃温度范围内，在所述第一退火温度下保持第一预定时间并降温20s至第二退火温度，在第二退火温度保持第二预定时间；循环重复上一步骤，直至对所述硅基锗锡厚膜进行升温和降温达到预设次数；将所述硅基锗锡厚膜降温至室温。
5、可选地，所述在硅衬底上生长锗缓冲层包括：保持所述硅衬底的温度为300℃，在所述硅衬底上生长第一锗缓冲层；在600℃的温度下，在所述第一锗缓冲层上生长第二锗缓冲层；对所述第一锗缓冲层与所述第二锗缓冲层在600～750℃的温度范围内进行循环退火处理，得到完全弛豫的所述锗缓冲层。
6、可选地，所述第一锗锡层、所述第二锗锡层与所述第三锗锡层中锡组分均在10％～11％范围内。
7、可选地，所述第一锗锡层、所述第二锗锡层与所述第三锗锡层中的生长厚度总和大于1μm。
8、可选地，所述快速循环退火的温度采用pid程序控制。
9、可选地，所述硅衬底为n型硅衬底，所述n型硅衬底电阻率低于0.005ω·m。
10、可选地，所述硅基锗锡厚膜的生长采用分子束外延法。
11、可选地，所述在硅衬底上生长锗缓冲层之前包括：清洗所述硅衬底；将清洗后的所述硅衬底放入mbe腔室的进样室中抽真空；在所述进样室的真空度达到预定范围后，将所述硅衬底在350℃的温度下保持2h，以去除所述硅衬底吸附的水汽。
12、在本公开实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到以下有益效果：
13、1、本公开提供的一种硅基锗锡厚膜的生长方法，通过锡组分双向渐变的方式实现生长厚锗锡层，并通过快速循环退火的方式，使得生长的厚锗锡层得到有效弛豫。
14、2、本公开提供的一种硅基锗锡厚膜的生长方法能够生长锡组分为10％～11％的厚度大于1μm的锗锡层，锗锡层的吸收系数增大，为分子束生长的高质量材料制备激光器提供了新的解决方案，且提高了锗锡材料制备的探测器在红外波段的探测能力。
15、附图说明
16、为了更完整地理解本公开及其优势，现在将参考结合附图的以下描述，其中：
17、图1示意性示出了本公开实施例提供的一种硅基锗锡厚膜的生长方法的流程图；
18、图2示意性示出了本公开实施例提供的一种硅基锗锡厚膜的生长方法生长的硅基锗锡厚膜的示意图；
19、图3示意性的示出了本公开实施例提供的锗锡层中的锡组分与锗锡层的临界厚度的对应关系；
20、图4示意性示出了本公开实施例提供的不同第一退火温度方案的xrd在004晶向上的测试曲线示意图；
21、图5a示意性示出了本公开实施例提供的实施例一得到的硅基锗锡厚膜在(-2-24)晶向的非对称衍射的图样；
22、图5b示意性示出了本公开实施例提供的实施例二得到的硅基锗锡厚膜在(-2-24)晶向的非对称衍射的图样；
23、图5c示意性示出了本公开实施例提供的实施例三得到的硅基锗锡厚膜在(-2-24)晶向的非对称衍射的图样；
24、图5d示意性示出了本公开实施例提供的实施例四得到的硅基锗锡厚膜在(-2-24)晶向的非对称衍射的图样；
25、图6示意性示出了本公开实施例提供未进行快速循环退火步骤得到的硅基锗锡厚膜在(-2-24)晶向的非对称衍射的图样；
26、图7示意性示出了本公开实施例提供的硅基锗锡厚膜扫描电子显微镜图。
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1.一种硅基锗锡厚膜的生长方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的硅基锗锡厚膜的生长方法，其特征在于，所述第一锗锡层、所述第二锗锡层与所述第三锗锡层在140℃～150℃的温度范围内生长，且所述第一锗锡层、所述第二锗锡层与所述第三锗锡层在同一温度下生长。
3.根据权利要求1所述的硅基锗锡厚膜的生长方法，其特征在于，所述对所述第一锗锡层、第二锗锡层和第三锗锡层生长完成后得到的硅基锗锡厚膜进行快速循环退火处理，包括：
4.根据权利要求1所述的硅基锗锡厚膜的生长方法，其特征在于，所述在硅衬底上生长锗缓冲层包括：
5.根据权利要求1所述的硅基锗锡厚膜的生长方法，其特征在于，所述第一锗锡层、所述第二锗锡层与所述第三锗锡层中锡组分均在10％～11％范围内。
6.根据权利要求1所述的硅基锗锡厚膜的生长方法，其特征在于，所述第一锗锡层、所述第二锗锡层与所述第三锗锡层的生长厚度总和大于1μm。
7.根据权利要求3所述的硅基锗锡厚膜的生长方法，其特征在于，所述快速循环退火的温度采用PID程序控制。
8.根据权
9.根据权利要求1所述的硅基锗锡厚膜的生长方法，其特征在于，所述硅基锗锡厚膜的生长采用分子束外延法。
10.根据权利要求1所述的硅基锗锡厚膜的生长方法，其特征在于，所述在硅衬底上生长锗缓冲层之前包括：
...【技术特征摘要】
1.一种硅基锗锡厚膜的生长方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的硅基锗锡厚膜的生长方法，其特征在于，所述第一锗锡层、所述第二锗锡层与所述第三锗锡层在140℃～150℃的温度范围内生长，且所述第一锗锡层、所述第二锗锡层与所述第三锗锡层在同一温度下生长。
3.根据权利要求1所述的硅基锗锡厚膜的生长方法，其特征在于，所述对所述第一锗锡层、第二锗锡层和第三锗锡层生长完成后得到的硅基锗锡厚膜进行快速循环退火处理，包括：
4.根据权利要求1所述的硅基锗锡厚膜的生长方法，其特征在于，所述在硅衬底上生长锗缓冲层包括：
5.根据权利要求1所述的硅基锗锡厚膜的生长方法，其特征在于，所述第一锗锡层、所述第二锗锡层与所述第三...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔金来，郑军，吴亦旸，贺晨，刘香全，黄秦兴，刘智，左玉华，成步文，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：
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