[发明专利]一种半导体结构及其制备方法

说明书

本发明提供了一种半导体结构及其制备方法，该半导体结构包括基底，基底上方形成有锗虚拟衬底层，锗虚拟衬底层上方形成有锗硅逆渐变缓冲层，锗硅逆渐变缓冲层上方形成有第一锗硅限制层，第一锗硅限制层上形成有锗量子阱层，锗量子阱层上形成有第二锗硅限制层，在第二锗硅限制层上形成有硅帽层。通过依次形成锗虚拟衬底层和锗硅逆渐变缓冲层，然后在锗硅逆渐变缓冲层上依次形成第一锗硅限制层、锗量子阱层和第二锗硅限制层，通过调节锗硅逆渐变缓冲层的过度程度，可调控锗量子阱层的应变大小，形成可限制载流子的包含高迁移率二维空穴气的异质结结构，改善核自旋干扰现象，便于与大规模硅基CMOS相兼容，降低制备成本。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种半导体结构及其制备方法。

背景技术

Rashba自旋轨道耦合(SOC)是实现栅控量子计算的理论基础，传统的III–V族材料虽然拥有强自旋轨道耦合，但其自旋轨道耦合是Dresselhaus自旋轨道耦合和Rashba自旋轨道耦合的混合态，同时III–V族具有很强的核自旋干扰，且较难与大规模硅基CMOS相兼容，制备成本较高。

发明内容

本发明提供了一种半导体结构及其制备方法，采用Ⅳ族材料Ge/GeSi/Si体系，以形成可限制载流子的包含高迁移率二维空穴气的异质结结构，改善核自旋干扰现象，便于与大规模硅基CMOS相兼容，降低制备成本。

第一方面，本发明提供了一种半导体结构，该半导体结构包括一个基底，在基底的上方形成有锗虚拟衬底层，在锗虚拟衬底层的上方形成有锗硅逆渐变缓冲层，在锗硅逆渐变缓冲层的上方形成有第一锗硅限制层，在第一锗硅限制层上形成有锗量子阱层，在锗量子阱层上形成有第二锗硅限制层，在第二锗硅限制层上形成有硅帽层。

在上述的方案中，通过采用Ⅳ族材料Ge/GeSi/Si体系，依次形成锗虚拟衬底层和锗硅逆渐变缓冲层，然后在锗硅逆渐变缓冲层上依次形成第一锗硅限制层、锗量子阱层和第二锗硅限制层，通过调节锗硅逆渐变缓冲层的过度程度，可调控锗量子阱层的应变大小，形成可限制载流子的包含高迁移率二维空穴气的异质结结构，改善核自旋干扰现象，便于与大规模硅基CMOS相兼容，降低制备成本。且本发明的半导体结构还能够应用于固态半导体量子计算领域，能够在锗量子阱层进行大规模量子点的制备。

在一个具体的实施方式中，锗虚拟衬底层包括：先采用低温外延技术生长在基底上方的低温锗虚拟衬底层、后采用高温外延技术在低温锗虚拟衬底层上生长高温锗虚拟衬底层。通过采用高低温外延两步生长法，先后形成低温锗虚拟衬底层和高温锗虚拟衬底层，能够在低温层充分释放应变并容纳应变释放导致的位错，能够形成充分弛豫的锗虚拟衬底层；同时还与锗硅逆渐变缓冲层通过充分的应变释放，减少后续步骤中的第一锗硅限制层的赝晶生长现象，以此在第一锗硅限制层后生长锗量子阱时，能够给锗量子阱层引入足够的压应变。

在一个具体的实施方式中，锗硅逆渐变缓冲层的材料为Ge_xSi_1-x；其中，x从锗硅逆渐变缓冲层的底部至锗硅逆渐变缓冲层顶部，由1.0逆渐变截止到0.6～0.95之间的任意值。实现更高质量的高迁移率二维空穴气异质结结构。

在一个具体的实施方式中，第一锗硅限制层和第二锗硅限制层的材料均为Ge_ySi_1-y，其中，y为0.6～0.95之间的任意值。实现更高质量的高迁移率二维空穴气异质结结构。