SiGe-Si異質(zhì)結(jié)器件用材料的MBE生長.pdf

1、SiGe/Si異質(zhì)結(jié)器件以其與現(xiàn)有半導(dǎo)體集成電路工藝良好的兼容性，優(yōu)異的電學(xué)和光電子學(xué)性能，在研制高速器件和新型光電子器件領(lǐng)域起到了越來越重要的作用。而分子束外延是一種常用的重要的生長SiGe／Si異質(zhì)結(jié)構(gòu)的技術(shù)。它使我們能夠得到界面清晰，組分準(zhǔn)確可調(diào)，雜質(zhì)分布和濃度易于控制的良好異質(zhì)結(jié)。 本論文討論了以下幾部分的內(nèi)容： 1．分子束外延生長需要高度清潔的表面，它不能為雜質(zhì)玷污(尤其是不能為C玷污)，亦不能為氧化物所覆蓋。

2、因此在進(jìn)行生長前需要進(jìn)行化學(xué)清洗。般使用的化學(xué)清洗方法是Shiraki的清沈方法和RCA法。我們對(duì)這些方法進(jìn)行了改進(jìn)，并用于器件制備。使用改進(jìn)的清洗方法我們成功制作了n-SiGe／p-sjpn結(jié)。測(cè)量顯示，此pn結(jié)的擊穿電壓高(超過15V)，漏電流小(1μA)。 2．近年來的實(shí)驗(yàn)與理論都表明，承受有張應(yīng)變的Si材料，其載流子有很高的遷移率，在研制高速Si器件上有重要的應(yīng)用。生長應(yīng)變Si材料的方法之一，是在Si襯底上先生長一層高應(yīng)

3、變馳豫低位錯(cuò)密度的SiGe合金薄膜，然后在它上面生長Si。山于SiGe合金的晶格較Si大，因此Si薄膜中就承受有較大的張應(yīng)變。在這一技術(shù)中，關(guān)鍵是生長出結(jié)晶良好且高應(yīng)變馳豫低位錯(cuò)密度的SiGe合金薄膜，同時(shí)Ge組分要盡可能的高以期與Si具仃較高品格常數(shù)失配而提高Si中的張應(yīng)變。我們采用Ge組分逐級(jí)增大的方法，結(jié)合局域外延技術(shù)，在Si(001)襯底上由Si3N4掩膜定義的3X3微米窗口中，成功地生長出了高應(yīng)變馳豫低失配位錯(cuò)密度的Si0.4

4、5Ge0.55材料。Raman散射測(cè)量表明，其應(yīng)變馳豫高達(dá)90％以上。而使用Schimmel腐蝕液進(jìn)行化學(xué)腐蝕，未見有失配位錯(cuò)線和線位錯(cuò)腐蝕坑。我們認(rèn)為，這種SiGe薄膜可以成為生長應(yīng)變Si薄膜的良好的緩沖層材料。這一結(jié)果，作者尚未見有類似的報(bào)道。 3．Ge量子點(diǎn)捌有與體Ge材料不同的物理性質(zhì)，有著廣闊的應(yīng)用前景。川于制作器件的Ge量子點(diǎn)要求密度高，均勻性好。我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，生長溫度為470℃時(shí)制備的小尺寸量子點(diǎn)滿足高密度良

5、好均勻性的要求。對(duì)該溫度下生長的四層量子點(diǎn)樣品在室溫測(cè)量FTIR，在2．2～2．5μm處觀察到量子點(diǎn)的紅外吸收。此外，我們還研究了在Si3N4薄膜上刻蝕出的窗LJ內(nèi)生長量子點(diǎn)的情況。實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，在這種圖形襯底上生長的量子點(diǎn)相對(duì)于普通襯底片上同條件生長的量子點(diǎn)，尺寸變大且密度提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)，而均勻性變化不大。本文對(duì)這種現(xiàn)象進(jìn)行了研究和討論。 4．SiGe／Si異質(zhì)結(jié)內(nèi)光電子發(fā)射紅外探測(cè)器(簡稱SiGe／SiHIP探測(cè)器)是一種重