张应变锗薄膜外延结构制造技术

【技术实现步骤摘要】

本技术属于半导体
，具体的是涉及一种张应变锗薄膜外延结构。
技术介绍
张应变能够改变半导体锗材料的能带结构，降低禁带宽度并提高载流子的迁移率。张应变锗薄膜在场效应晶体管、光电探测器、发光管以及激光器中得到了广泛的应用。张应变锗薄膜的外延生长结构通常有两种，一是在Si衬底上生长Ge薄膜。由于Si的晶格常数比Ge的小，Ge薄膜中的张应变主要由Si和Ge热膨胀系数的不同而产生，由于 热膨胀系数失配有限，且材料承受的温度最高必须低于其熔点，最大张应变仅能达到0. 3%。二是在GeSn缓冲层上生长Ge薄膜。GeSn合金的晶格常数比Ge的大，共格生长在GeSn缓冲层上的Ge薄膜中的张应变随着Sn组份的增加而增加。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。制备高Sn组份、高质量GeSn缓冲层很困难。在GeSn缓冲层上生长Ge薄膜获得的张应变不足I. 0%。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种锗薄膜张应变大的张应变锗薄膜外延结构。本技术解决其技术问题采用的技术方案是一种张应变锗薄膜外延结构，包括衬底和依次层叠在所述衬底表面上的InxGa1^xAs缓冲层、含锗薄膜层；其中，0〈x彡0. 53。优选地，所述InxGahAs缓冲层包括互相层叠的In含量递变的递变层和In含量恒定的恒定层，所述递变层与所述衬底层叠，所述恒定层与含锗薄膜层层叠。优选地，所述InxGahAs缓冲层通过非共格生长与所述衬底层叠。进一步优选地，所述InxGahAs缓冲层的线位错密度低于107cm_2，表面粗糙度小于2纳米。进一步优选地,所述InxGahAs缓冲层的厚度大于0,小于5微米。优选地，所述含锗薄膜层通过共格生长与所述InxGahAs缓冲层层叠。进一步优选地，所述含锗薄膜层的厚度为5 100纳米。进一步优选地,所述含锗薄膜层为SipyGey合金层或Ge1=Snz层,其中，y=0. 8 I或 Z=O 0. I。更进一步优选地，所述含锗薄膜层为Ge单质层。优选地,所述衬底为包括砷化镓晶圆或磷化铟晶圆。上述张应变锗薄膜外延结构中的InxGahAs缓冲层具有比含锗薄膜层大的晶格常数，且晶格常数随In组份的增加线性增加，使得生长在InxGahAs缓冲层上的含锗薄膜层张应变大，而且含锗薄膜层的张应变随着In含量的增加而增加，当InxGahAs中的x为0. 3时，其张应变高达到2. 0%。附图说明图I是本技术实施例一优选张应变锗薄膜外延结构的结构示意图；图2是本技术实施例另一优选张应变锗薄膜外延结构的结构示意图；图3是本技术实施例张应变锗薄膜外延结构中含锗薄膜层的张应变与InxGa1^xAs缓冲层中In的含量关系图。具体实施方式为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。本技术提供了一种锗薄膜张应变大的张应变锗薄膜外延结构。如图1、2所 示，该张应变锗薄膜外延结构包括衬底I和依次生长在衬底I表面上的InxGahAs缓冲层2、含锗薄膜层3 ;其中，0〈x < 0. 53。这样，该张应变锗薄膜外延结构中的InxGahAs缓冲层2具有比含锗薄膜层3大的晶格常数，且晶格常数随In含量的增加呈线性增加，从而使得生长在InxGahAs缓冲层2上的含锗薄膜层3张应变大。申请人将含锗薄膜层3的张应变与InxGa1^xAs缓冲层2中In的含量关系进行测试分析得知，分析结果见图3所示，该含锗薄膜层3的张应变随着In含量的增加而增加，如当X为0. 3时，其张应变高达到2. 0%。优选地，如图2所示，作为本技术的实施例，上述实施例中的衬底I为砷化镓晶圆或憐化钢晶圆，该神化嫁晶圆或憐化钢晶圆更有利于InxGahAs缓冲层2在其表面生长。该InxGahAs缓冲层2包括互相层叠的In含量递变的递变层21和In含量恒定的恒定层22，该递变层21与衬底I层叠，恒定层22与含锗薄膜层3层叠。其中，该递变层21中的In含量递变可以使递减的递变，如当衬底I为InP衬底时，该递变层21中的In含量递变为递减的递变；该递变层21中的In含量递变还可以使递增的递变，如当衬底I为GaAs衬底时，该递变层21中的In含量递变为递增的递变。该该递变层21中的In摩尔含量递变速率优选为5 15%/微米。该优选的InxGahAs缓冲层2结构能使得InGaAs缓冲层2中的晶体质量好，表现在位错密度低，表面平整。进一步优选地，如图1、2所示，作为本技术的实施例，InxGa1^xAs缓冲层2是通过非共格生长在与衬底I表面上，以实现与衬底I的层叠，该InxGahAs缓冲层2的线位错密度低于IO7CnT2 (注该线位错密度低于IO7CnT2表示的是在每平方厘米的面积上，含有IO7个线位错)，表面粗糙度小于2纳米，厚度大于O、小于5微米。其中，InxGa1^xAs缓冲层2是通过非共格生长，能有效的增大原子之间的间距和增大该缓冲层2中的晶格常数，从而增大含锗薄膜层3张应变；该优选的线位错密度和表面粗糙度能有效的改善张应变锗薄膜中的晶体质量和改善张应变锗薄外延结构的平整度，增大其应用范围。优选地，如图1、2所示，作为本技术的实施例，上述实施例中的含锗薄膜层3通过共格生长与InxGahAs缓冲层2层叠。其中，含锗薄膜层3的厚度优选为5 100纳米。含锗薄膜层3优选为SipyGey合金层或Ge1=Snz层,其中，y=0. 8 I, z=0 0. I,更优选为Ge单质层，当锗薄膜层3为SihGey合金层，y=0. 8 I时，含锗薄膜层3为高锗含量的Sii_yGey合金层；当锗薄膜层3为Gei_zSnz层，z=0 0. I时，含锗薄膜层3为高锗含量的Gei_zSnz层。该优选的含锗薄膜层3能使得张应变锗薄膜外延结构具有优良的张应变。本技术张应变锗薄膜外延结构可以经由以下步骤制备获得，同时请参见图I :S01.衬底的准备准备GaAs或者InP晶圆衬底1，采用化学方法清洗GaAs或者InP晶圆表面，去除金属、有机物等杂质，传入生长室；S02. InxGa1^xAs (0<x ( 0. 53)缓冲层2的生长在生长在衬底I上生长InxGapxAs(0<x ^ 0. 53)缓冲层2 ;由于InxGa1^xAs (0<x ^ 0. 53)缓冲层2的晶体质量直接决定了含锗薄膜层3的质量，为了高质量张应变含锗薄膜层3的生长，生长在衬底I上的InxGahAs(0<x ( 0. 53)缓冲层2的应变应完全或者大部分弛豫，线位错密度低于IO7CnT2,表面粗糙度小于2纳米，InxGa1^xAs (0<x ^O. 53)缓冲层2的厚度小于5微米；当衬底I为GaAs晶圆时，InxGa1^xAs (0〈x彡0. 53)缓冲层2中的InxGapxAs的x可以从0开始逐步提高In的组份，直到满足所需；当衬底I为InP晶圆时，InxGa1^xAs (0<x ( 0. 53)缓冲层2时，由于In的含量为0. 53的InGaAs晶格常数与InP的匹配，可以从0. 53本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种张应变锗薄膜外延结构，包括衬底和依次层叠在所述衬底表面上的InxGa1？xAs缓冲层、含锗薄膜层；其中，0

【技术特征摘要】
1.一种张应变锗薄膜外延结构，包括衬底和依次层叠在所述衬底表面上的InxGahAs缓冲层、含锗薄膜层；其中，0〈x ( O. 53。2.如权利要求I所述的张应变锗薄膜外延结构，其特征在于所述InxGahAs缓冲层包括互相层叠的In含量递变的递变层和In含量恒定的恒定层，所述递变层与所述衬底层叠，所述恒定层与含锗薄膜层层叠。3.如权利要求I或2所述的张应变锗薄膜外延结构，其特征在于所述InxGahAs缓冲层通过非共格生长与所述衬底层叠。4.如权利要求3所述的张应变锗薄膜外延结构，其特征在于所述InxGahAs缓冲层的线位错密度低于IO7CnT2，表面粗糙度小于2纳米。5.如权利要求3所述的张应变锗薄膜外延结...

【专利技术属性】
技术研发人员：周志文，叶剑锋，
申请(专利权)人：深圳信息职业技术学院，
类型：实用新型
国别省市：