[实用新型]一种半导体外延生长结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及半导体领域，更具体地说，涉及一种用于降低Ge薄膜位错密度的外延生长结构。 

背景技术

硅基光电集成将微电子和光子学技术进行融合和发展，把微电子和光电子器件集成在同一芯片上，有望克服微电子技术发展过程中遇到的诸如小尺寸、铜互连等带来的瓶颈，提升器件的整体性价比，成为学术界和产业界的重要前沿研究领域。为了实现硅基光电集成，基于硅衬底的异质结材料如硅锗合金和III-V族化合物半导体，以及相关光电子器件如激光器、光电探测器、光调制器等得到了广泛的研究。锗与硅为同一主族元素半导体，具有准直接带隙的能带结构，禁带宽度小，载流子迁移率高，近红外光吸收系数大。更重要的是，锗与硅微电子制造工艺兼容，比III-V族化合物更利于器件的单片集成，降低成本。结合硅大规模、低成本的微电子工艺，充分发挥锗材料的优势，在硅衬底上外延生长锗薄膜并研制相关光电子器件，将有力地促进硅基光电集成的快速发展。 

然而，在Si衬底上外延生长Ge薄膜面临着晶格失配和热失配带来的挑战。室温下Ge和Si的晶格失配度高达4.18％，热失配高达50％，Ge薄膜的临界厚度只有几纳米，远远无法满足实际器件的需要。薄膜的厚度超过临界厚度时，必然导致应变弛豫。应变弛豫带来两种严重的后果：大的表面起伏和高的位错密度。抑制表面起伏并降低位错密度，需要借助缓冲层。为了在Si衬底上外延生长高晶体质量的Ge薄膜，人们提出了组份渐变SiGe缓冲层和低温-高温两步法等多种缓冲层技术。组份渐变SiGe缓冲层技术获得Ge薄膜的位错密度 较低(-106/cm2)，但是表面极不平整(表面粗糙度-24nm)，需要增加化学机械抛光工艺。低温-高温两步法获得的Ge薄膜尽管表面很平整(表面粗糙度-1nm)，位错密度却很高(-108/cm2)，需要增加高温(＞800oC)退火工艺。 

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种半导体外延生长结构。 

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种半导体外延生长结构，包括Si衬底、覆盖在所述Si衬底上的Ge晶籽层、覆盖在所述Ge晶籽层上的Ge缓冲层、覆盖在所述Ge缓冲层上的Ge/Si_1-xGe_x超晶格阻挡层、以及覆盖在所述Ge/Si_1-xGe_x超晶格阻挡层上的Ge外延层。 

本实用新型所述的半导体外延生长结构，其中，所述Si衬底包括Si晶圆；且所述Si衬底包括4英寸、6英寸或8英寸的Si衬底。 

本实用新型所述的半导体外延生长结构，其中，所述Ge晶籽层的厚度为30-100纳米。 

本实用新型所述的半导体外延生长结构，其中，所述Ge缓冲层的厚度为70-300纳米。 

本实用新型所述的半导体外延生长结构，其中，所述Ge/Si_1-xGe_x超晶格阻挡层包括交替生长的Si_1-xGe_x垒层、以及Ge量子阱层。 

本实用新型所述的半导体外延生长结构，其中，所述Si_1-xGe_x垒层的厚度为5-20纳米，其中0.8＜x＜0.95；所述Ge量子阱层的厚度为5-10纳米。 

本实用新型所述的半导体外延生长结构，其中，所述Ge/Si_1-xGe_x超晶格阻挡层的周期数为3-10。 

本实用新型所述的半导体外延生长结构，其中，所述Ge外延层的厚度为0.4-3微米。 

本实用新型所述的半导体外延生长结构，其中，所述Ge外延层包括高锗组分的Si_1-yGe_y合金，其中0.8＜y＜1。 

本实用新型所述的半导体外延生长结构，其中，所述高锗组分的Si_1-yGe_y合金的厚度为0.4-3微米。 

实施本实用新型的半导体外延生长结构，具有以下有益效果：本实用新型中的Ge/Si_1-xGe_x超晶格阻挡层能够阻碍位错向外延层的传输，降低了外延薄膜的位错密度。 

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中： 

图1是本实用新型一种半导体外延生长结构优选实施例的结构示意图。 

具体实施方式