[发明专利]一种激光辅助再晶化Ge/Si虚衬底上直接带隙Ge及其制备方法

权利要求书

1.一种激光辅助再晶化Ge/Si虚衬底上直接带隙Ge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籽晶层和所述第二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、自然冷却所述整个衬底材料；

S107、利用干法刻蚀工艺刻蚀所述SiO₂层，形成Ge/Si虚衬底材料；

S108、在所述第二Ge主体层表面涂胶并选择区域曝光，在所述涂胶区域中心保留边长为20nm的光刻胶区域，刻蚀四周的光刻胶；

S109、在CF₄和SF₆气体环境中，采用感应耦合等离子体方法刻蚀所述光刻胶区域外的所述第二Ge主体层，形成Ge台阶，刻蚀所述Ge台阶上表面的光刻胶；

S110、在所述第二Ge主体层表面淀积一层Si₃N₄材料，选择性刻蚀所述Ge台阶两侧Si₃N₄材料，保留所述Ge台阶上表面的Si₃N₄材料；

S111、使用锗烷、硅烷为气源，氢气作为载气，利用CVD工艺在所述Ge/Si虚衬底上暴露出的所述第二Ge主体层上选择性外延一层厚度为20nm的Ge_0.5Si_0.5层；

S112、在180℃温度下，采用热磷酸湿法刻蚀去除所述第二Ge主体层表面的Si₃N₄材料，形成所述直接带隙Ge材料。

2.一种激光辅助再晶化Ge/Si虚衬底上直接带隙Ge，其特征在于，包括：单晶Si衬底、第一Ge籽晶层、第二Ge主体层及引入应力的GeSi层；所述直接带隙Ge材料由权利要求1所述的方法制备形成。

3.一种激光辅助再晶化Ge/Si虚衬底上直接带隙Ge的制备方法，其特征在于，包括：

选取Si衬底；

在所述Si衬底上生长Ge外延层；

加热整个衬底，并利用激光工艺对整个衬底进行晶化，所述激光工艺的参数包括：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；

冷却形成Ge/Si虚衬底材料；

在所述Ge外延层周围选择性外延GeSi材料，形成所述激光辅助再晶化Ge/Si虚衬底上直接带隙Ge。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述Si衬底上生长Ge外延层，包括：

在275℃～325℃下，在所述Si衬底表面生长第一Ge籽晶层；

在500℃～600℃下，在所述第一Ge籽晶层表面生长第二Ge主体层。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在生长所述Ge外延层之后，还包括：

在所述Ge外延层表面生长SiO₂层；

相应地，冷却形成所述Ge/Si虚衬底材料，包括：

冷却包括所述SiO₂层的整个衬底；

利用刻蚀工艺去除所述Ge外延层表面的所述SiO₂层，形成所述Ge/Si虚衬底材料。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，加热整个衬底的温度为700℃。