[发明专利]一种制备直接带隙Ge薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种制备直接带隙Ge薄膜的方法。

背景技术

微电子技术的高速发展使得摩尔定律越来越逼近其物理极限而受到挑战，硅基光电集在成近年来的迅速发展被认为能够有效地延续摩尔定律的延伸。 目前，阻碍硅基光电集成技术发展的主要障碍是如何解决能与当今现有的硅基CMOS兼容的片上光源问题。因此，寻找一种能与硅工艺相兼容的有效地有源发光材料是硅基光电集成的重要所在。

当Ge薄膜中张应变大于2.0%，可以由原来的间接带隙材料转变为直接带隙材料，可以满足硅基光电集成发展对于材料的要求，可以用来做激光发射器，同时由于Ge与Si可以有效的集成，从而提高了一种低成本的实现片上光电集成的途径。

为了得到具有直接带隙的Ge薄膜，人们从不同途径进行了探索：利用Ge和Si的热膨胀系数的差异直接在Si上外延可以得到张应变的Ge薄膜，但应变度较小，只有0.3%左右，且由于硅锗之间较大的晶格失配使得所生长的Ge薄膜具有较高的位错密度；与此同时，人们利用III-V族组分递增的缓冲层做虚拟衬底，可以得到较大应变的Ge薄膜，但由于III-V外延需要用生长速度慢的MBE或MOCVD,而且组分递增的缓冲层一般厚度较大，增加了成本。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种制备直接带隙Ge薄膜的方法，用于解决现有技术中制备张应变Ge薄膜位错密度较高，成本较大的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种制备直接带隙Ge薄膜的方法，该方法包括以下步骤：

提供一GeOI衬底；其包括硅衬底、位于该硅衬底上的埋氧层以及位于该埋氧层上的顶层锗纳米薄膜；

采用光刻以及RIE技术对所述顶层锗纳米薄膜进行图形化处理，开出若干与底部所述埋氧层贯通的腐蚀窗口；

湿法腐蚀，自所述腐蚀窗口对GeOI衬底进行腐蚀，直至埋氧层被彻底腐蚀掉，使得所述图形化的顶层锗纳米薄膜与硅衬底虚接触；

提供一PDMS载体，所述PDMS载体与所述图形化的顶层锗纳米薄膜紧密接触，从而将与硅衬底虚接触的图形化的顶层锗纳米薄膜转移到PDMS载体上；

将载有图形化的顶层锗纳米薄膜的PDMS载体两端夹紧，并向两端施加机械拉伸使得顶层锗纳米薄膜随着PDMS载体的拉伸而形变，在其内部产生张应变。

本发明提供了一种制备低缺陷、低位错、高单晶质量的张应变Ge纳米薄膜的方法。首次提出利用机械拉伸的方法制得具有直接带隙的Ge薄膜；转变传统制备张应变Ge以及直接带隙Ge薄膜的方法的观念，利用机械拉伸的方法所制备的直接带隙锗纳米薄膜具有较高的单晶质量以及应变大小任意可控的特点。可用于光电器件；具有低缺陷、低位错密度的特点；通过机械拉伸制备直接带隙Ge纳米薄膜的方法工艺简单，成本较低。

附图说明

图1a-图1e为本发明一种制备直接带隙Ge薄膜的方法的流程图。

元件符号说明

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1a至图1e所示。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

本发明提供一种制备直接带隙Ge薄膜的方法，该方法包括以下步骤：

提供一GeOI衬底；其包括硅衬底、位于该硅衬底上的埋氧层以及位于该埋氧层上的顶层锗纳米薄膜；

采用光刻以及RIE技术对所述顶层锗纳米薄膜进行图形化处理，开出若干与底部所述埋氧层贯通的腐蚀窗口；

湿法腐蚀，自所述腐蚀窗口对GeOI衬底进行腐蚀，直至埋氧层被彻底腐蚀掉，使得所述图形化的顶层锗纳米薄膜与硅衬底虚接触；

提供一PDMS载体，所述PDMS载体与所述图形化的顶层锗纳米薄膜紧密接触，从而将与硅衬底虚接触的图形化的顶层锗纳米薄膜转移到PDMS载体上；

将载有图形化的顶层锗纳米薄膜的PDMS载体两端夹紧，并向两端施加机械拉伸使得顶层锗纳米薄膜随着PDMS载体的拉伸而形变，在其内部产生张应变。