[发明专利]一种直接带隙Ge薄膜的制备方法及层叠结构

权利要求书

1.一种直接带隙Ge薄膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法至少包括以下步骤：

1)提供一GaAs衬底，在所述GaAs衬底上分别外延出In_xGa_1-xAs层和Ge层，所述In_xGa_1-xAs层中In组分x为0.223＜x≤1，并使所述In_xGa_1-xAs层的厚度不超过其生长在所述GaAs衬底上的临界厚度，使所述Ge层的厚度不超过其生长在所述In_xGa_1-xAs层上的临界厚度，以制备出Ge薄膜的样品；

2)对所述样品进行氦离子或氢离子注入，并使氦离子或氢离子的峰值分布在所述In_xGa_1-xAs层与GaAs衬底相结合的界面下10nm～1000nm，然后对所述样品进行快速热退火，退火后得到弛豫的In_xGa_1-xAs层和张应变Ge薄膜；

3)测量所述In_xGa_1-xAs层的弛豫度，依据所述弛豫度得出In_yGa_1-yAs中In组分y，并在所述Ge层上外延出In_yGa_1-yAs层，以进一步减少所述样品中的缺陷密度，然后在所述In_yGa_1-yAs层上再外延出一顶层Ge薄膜，并使所述顶层Ge薄膜的厚度不超过其生长在所述In_yGa_1-yAs层上的临界厚度，以制备出直接带隙Ge薄膜。

2.根据权利要求1所述的直接带隙Ge薄膜的制备方法，其特征在于：于所述步骤1)中，系通过分子束外延工艺或金属有机化合物化学气相沉淀工艺在所述GaAs衬底上分别外延出In_xGa_1-xAs层和Ge层。

3.根据权利要求1所述的直接带隙Ge薄膜的制备方法，其特征在于：于所述步骤1)中，所述In_xGa_1-xAs层厚度小于100nm。

4.根据权利要求1所述的直接带隙Ge薄膜的制备方法，其特征在于：于所述步骤2)中，注入氦离子或氢离子的能量为10KeV～150KeV。

5.根据权利要求4所述的直接带隙Ge薄膜的制备方法，其特征在于：于所述步骤2)中，注入氦离子的剂量为1E14cm^-2～1E16cm^-2。

6.根据权利要求4所述的直接带隙Ge薄膜的制备方法，其特征在于：于所述步骤2)中，注入氢离子的剂量为1E14em^-2～4E16cm^-2。

7.根据权利要求5或6所述的直接带隙Ge薄膜的制备方法，其特征在于：于所述步骤2)中，所述退火的升温时间小于30s，退火温度700℃～1100℃，退火时间为30s～600s。

8.根据权利要求1所述的直接带隙Ge薄膜的制备方法，其特征在于：于所述步骤3)中，测量所述In_xGa_1-xAs层的弛豫度为R，则所述In_yGa_1-yAs中In组分y＝x×R。

9.一种包含直接带隙Ge薄膜的层叠结构，其特征在于，包括：

GaAs衬底；

外延生长在所述GaAs衬底上的In_xGa_1-xAs层；

外延生长在所述In_xGa_1-xAs层上的Ge层；

外延生长在所述Ge层上外延出In_yGa_1-yAs层；以及

外延生长在所述In_yGa_1-yAs层上的顶层Ge薄膜，其中，所述In_xGa_1-xAs层及In_yGa_1-yAs层中的In组分x及y的取值范围为，0.223＜y＜x≤1。

10.根据权利要求9所述的包含直接带隙Ge薄膜的层叠结构，其特征在于：所述In_xGa_1-xAs层厚度小于100nm。