[发明专利]基于LRC工艺SiGeC选择外延致直接带隙Ge材料及其制备方法

摘要

本发明涉及一种基于LRC工艺SiGeC选择外延致直接带隙Ge材料及其制备方法，该方法包括选取Si衬底；生长Ge籽晶层；生长Ge主体层；整个衬底材料加热至700℃，连续采用激光工艺晶化整个衬底材料，激光波长为808nm，光斑尺寸10mm×1mm，功率为1.5kW/cm2，移动速度为25mm/s，形成晶化Ge层；刻蚀形成Ge台阶；在Ge台阶周围生长SiGeC层形成直接带隙Ge材料。本发明的Ge材料是通过采用激光再晶化(LRC)工艺实现，连续激光再晶化工艺选择性高，仅作用于Ge外延层，控制精确，避免了Si‑Ge互扩的问题，利用Ge周围选择性外延GeSiC引入张应力，制得的直接带隙Ge材料晶体质量高，且拉伸应变可以达到2.0％，能够使Ge应变层转变为直接带隙半导体材料，增强发光效率高，有利于光电子的应用。

主权项

一种基于LRC工艺SiGeC选择外延致直接带隙Ge材料的制备方法，其特征在于，包括：S101、选取单晶Si衬底材料；S102、在275℃～325℃温度下，利用CVD工艺在所述单晶Si衬底上生长40～50nm的第一Ge籽晶层；S103、在500℃～600℃温度下，利用CVD工艺在在所述第一Ge籽晶层表面生长150～250nm的第二Ge主体层；S104、利用CVD工艺在所述第二Ge主体层表面上淀积150nm SiO2层；S105、将包括所述单晶Si衬底、所述第一Ge籽晶层、所述第二Ge主体层及所述SiO2层的整个衬底材料加热至700℃，连续采用激光工艺晶化所述整个衬底材料，其中，激光波长为808nm，激光光斑尺寸10mm×1mm，激光功率为1.5kW/cm2，激光移动速度为25mm/s；S106、自然冷却整个衬底材料；S107、利用干法刻蚀工艺刻蚀所述SiO2层，得到所述Ge/Si虚衬底材料；S108、在所述Ge/Si虚衬底材料表面涂抹光刻胶；S109、曝光所述光刻胶，在衬底表面中心位置处保留边长为20nm的光刻胶；S110、在CF4和SF6气体环境中，采用ICP工艺刻蚀所述Ge/Si虚衬底材料，形成Ge台阶；S111、在所述Ge/Si虚衬底材料表面淀积Si3N4材料；S112、利用选择性刻蚀工艺刻蚀所述Si3N4材料，保留所述Ge台阶上表面的所述Si3N4材料；S113、以锗烷、硅烷、乙烯为气源，氢气作为载气，采用CVD工艺在整个衬底表面异于所述Ge台阶位置处生长厚度为20nm SiGeC层；S114、在180℃温度下，利用热磷酸湿法刻蚀工艺去除所述Si3N4材料，以形成所述基于LRC工艺SiGeC选择外延致直接带隙Ge材料。