一种硅基悬空弛豫GeSn结构的制备方法

本发明涉及gesn无源发光器件的制备领域，尤其涉及一种硅基悬空弛豫gesn结构的制备方法。

背景技术：

1、高效si基发光器件是si基光电集成回路中最具挑战性的器件之一。锗锡(ge1-xsnx)合金材料在一定条件下能够转变为直接带隙材料，并与si基互补金属氧化物半导体(cmos)技术兼容，是si硅基光源最有前途的候选材料之一。

2、由于gesn合金的温度敏感性，其往往采用低温外延技术，故外延的完全压应变的gesn材料几乎都是间接带材料。gesn合金可通过提高sn组分和应变工程转变为直接带隙材料,理论计算，ge1-xsnx合金材料在无应变的条件下仅需要sn组分x达到6.8％，即可转变为直接带隙材料。

3、刻蚀悬空结构弛豫gesn是制备gesn光源的有效手段。gesn材料的压应变主要来源于gesn材料与ge虚衬底之间的界面晶格失配，采用刻蚀手段选择性去除ge材料，保留gesn材料，便可以制造完全弛豫的gesn悬空结构。在gesn合金悬空结构的制备工艺中，需克服以下难点：1)大范围刻蚀不均匀；2)样品表面粗糙度高；3)掩膜难以去除。因此，难以采用简单的工艺制备表面粗糙度低，完全弛豫的gesn悬空结构。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种硅基悬空弛豫gesn结构的制备方法，采用湿法和干法刻蚀工艺相结合。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种硅基悬空弛豫gesn结构的制备方法，包括以下步骤：

4、1)将外延的硅基gesn薄膜进行标准光刻工艺；

5、2)采用氧化酸性垂直刻蚀溶液刻蚀gesn薄膜和部分ge缓冲层；

6、3)采用f基等离子体进行横向刻蚀ge缓冲层形成ge柱以支撑微盘；

7、4)丙酮溶液浸泡去胶，完成结构制备。

8、步骤1)中，硅基gesn薄膜是在硅衬底上的ge缓冲层上外延。

9、步骤1)中，所述标准光刻工艺中胶掩膜为az-5214e。

10、步骤2)之前还包括105℃～135℃，10min～15min的坚膜处理。

11、步骤2)中，所述氧化酸性垂直刻蚀溶液为hcl:h2o2:h2o体积比1:1:5～1:1:10所配置的溶液。

12、步骤3)之前还包括105℃～135℃，10min～15min的坚膜处理。

13、步骤3)中，f基等离子体刻蚀微盘下方ge柱是在电感耦合等离子刻蚀系统采用icp功率80～120w，cf4与o2的流量比为3:1～6:1，刻蚀时间为30～60s的刻蚀工艺。

14、一种硅基悬空弛豫gesn结构，采用所述的制备方法所制备。

15、本发明通过调控步骤3)中刻蚀时间控制微盘下方ge柱的大小，实现gesn薄膜弛豫度及弛豫面积的控制。

16、所述硅基悬空弛豫gesn结构能够完全弛豫，实现直接带隙。

17、相对于现有技术，本发明技术方案取得的有益效果是：

18、(1)gesn悬空结构可以实现完全弛豫gesn薄膜，达到直接带隙。

19、(2)制备的gesn悬空结构表面粗糙度小，相比于其他工艺制备的gesn悬空结构具有更小的表面散射损耗。

20、(3)为硅基gesn发光器件制备提供了一种新型工艺方法，有望在硅基光电子领域发挥巨大的作用。

技术特征：

1.一种硅基悬空弛豫gesn结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种硅基悬空弛豫gesn结构的制备方法，其特征在于：步骤1)中，硅基gesn薄膜是在硅衬底上的ge缓冲层上外延。

3.如权利要求1所述的一种硅基悬空弛豫gesn结构的制备方法，其特征在于：步骤1)中，所述标准光刻工艺中胶掩膜为az-5214e。

4.如权利要求1所述的一种硅基悬空弛豫gesn结构的制备方法，其特征在于：步骤2)之前还包括105℃～135℃，10min～15min的坚膜处理。

5.如权利要求1所述的一种硅基悬空弛豫gesn结构的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述氧化酸性垂直刻蚀溶液为hcl:h2o2:h2o体积比1:1:5～1:1:10所配置的溶液。

6.如权利要求1所述的一种硅基悬空弛豫gesn结构的制备方法，其特征在于：步骤3)之前还包括105℃～135℃，10min～15min的坚膜处理。

7.如权利要求1所述的一种硅基悬空弛豫gesn结构的制备方法，其特征在于：步骤3)中，f基等离子体刻蚀微盘下方ge柱是在电感耦合等离子刻蚀系统采用icp功率80～120w，cf4与o2的流量比为3:1～6:1，刻蚀时间为30～60s的刻蚀工艺。

8.一种硅基悬空弛豫gesn结构，其特征在于：采用权利要求1～7任一项所述的制备方法所制备。

9.如权利要求8所述的一种硅基悬空弛豫gesn结构，其特征在于：通过调控步骤3)中刻蚀时间控制微盘下方ge柱的大小，实现gesn薄膜弛豫度及弛豫面积的控制。

10.如权利要求8所述的一种硅基悬空弛豫gesn结构，其特征在于：所述硅基悬空弛豫gesn结构能够完全弛豫，实现直接带隙。

技术总结一种硅基悬空弛豫GeSn结构的制备方法，包括以下步骤：步骤1：将外延的硅基GeSn薄膜进行标准光刻步骤；步骤2：采用氧化酸性垂直刻蚀溶液刻蚀GeSn薄膜和部分Ge缓冲层；步骤3：采用F基等离子体进行横向刻蚀Ge缓冲层；步骤4：丙酮溶液浸泡去胶，完成结构制备。本发明的GeSn悬空结构可以弛豫GeSn合金的应变，实现直接带隙；制备悬空结构的工艺简单，所制备的GeSn悬空结构相比其他工艺具有样品表面平整、粗糙度低、GeSn损耗小的特点；为硅基GeSn发光器件制备提供了一种新型工艺方法，有望在硅基光电子领域发挥巨大的作用。技术研发人员：李成,钱进辉,钱坤,吴淞嵩,陈松岩,黄巍,林光杨受保护的技术使用者：厦门大学技术研发日：技术公布日：2024/9/26