硅上生长化合物半导体所用过渡层单晶研究

本课题拟将硅片上具有压缩应变的SiGe层和Ge层制备成纳米级多孔结构，通过适当条件的氢气退火，使应力得到释放，位错等缺陷被限制在多孔层中，在多孔层的上表面微孔闭合，形成完全弛豫的SiGe和Ge准单晶层，再经过外延得到完全弛豫的SiGe和Ge单晶过渡层。.本课题的意义在于化合物半导体材料有比硅材料高得多的电子迁移率，广泛地应用于超高速电路和光电器件。只有制作出了低缺陷密度、低位错密度晶格完整性好的单晶过渡层，才有可能实现在硅上外延出质量好的适于器件制作的化合物半导体单晶薄膜。此项研究如果成功，说明利用纳米级多孔结构和适当的退火可以消除晶格失配所产生的应力，并可以作为虚拟衬底进行异质材料的外延，便可以将这一原理研究用于其他材料构成的过渡层单晶。

今天，以CMOS电路为代表的ULSI的特征尺寸已经进入到了20纳米的范围，依赖尺寸缩小来提高器件性能、缩小电路面积的方法越来越受到来自多方面因素的限制。人们开始考虑高迁移率材料，比如锗，III-V族化合物等，希望通过在硅衬底上的异质外延技术，继续提高器件性能。在Si上异质外延其他半导体材料所面临的最大问题是晶格的失配，这将导致外延层中产生很多的缺陷，本课题的主要目标是探索新方法制备外延材料的过渡层。.本课题研究的主要工作内容包括：.1）采用RP-CVD技术生长具有压缩应变的SiGe 层，没有Si-cap层，研究不同生长条件对单晶的影响；2）研究低孔隙率材料的表征方法；3）将具有压缩应变的SiGe层以及Ge单晶用阳极氧化法或染色腐蚀制备成纳米级、低孔隙率的多孔结构，研究制备方法；4）通过适当条件的深紫外激光退火，使表面应力得到释放，研究应力变化和表面形貌的变化，评价退火对应变SiGe层表面的影响。.本课题初步解决了以下问题：.1）解决了在没有Si-cap层的SiGe异质外延层生长时，表面Ge浓度升高的问题；2）低孔隙率SiGe多孔薄膜和Ge多孔薄膜的制备； 3）采用XRR技术，实现了超低孔隙率薄膜材料的表征方法；4）深紫外激光退火使应变SiGe层发生分层弛豫。