[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

摘要

本发明涉及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。该制备方法包括：选取Si衬底；在Si衬底表面生长第一Ge籽晶层；在第一Ge籽晶层表面生长第二Ge主体层；加热整个衬底，并利用激光工艺对整个衬底进行晶化，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；在第二Ge主体层周围选择性外延GeSi。本发明采用激光再晶化(Laser Re‑Crystallization，简称LRC)工艺有效降低Ge/Si虚衬底的位错密度，后续利用第二Ge主体层周围选择外延GeSi，制备高质量的直接带隙Ge材料。同时，激光再晶化工艺时间短、热预算低，可提升Si衬底上实现高质量的直接带隙Ge材料整个制程的工艺效率。

主权项

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。