[发明专利]一种锗-硅基砷化镓材料及其制备方法和应用

权利要求书

1.一种锗-硅基砷化镓材料，所述硅基砷化镓材料包括表面具有仅沿(110)方向构筑的周期性凹槽结构的硅衬底、附着在所述硅衬底表面的锗中间层、以及附着在所述锗中间层表面的砷化镓薄膜层，其中所述凹槽结构的周期为100～800nm，凹槽的深度为200～1000nm；凹槽结构的顶部平台宽度为100～400nm，底部宽度为50～200nm。

2.根据权利要求1所述的锗-硅基砷化镓材料，其中，所述表面具有周期性凹槽结构的硅衬底为硅(100)晶面。

3.根据权利要求1或2所述的锗-硅基砷化镓材料，其中，所述凹槽结构的周期为200～500nm；凹槽的深度为400～600nm。

4.根据权利要求1所述的锗-硅基砷化镓材料，其中，所述凹槽结构的顶部平台宽度为120～160nm；凹槽结构的底部宽度为100～120nm。

5.根据权利要求1所述的锗-硅基砷化镓材料，其中，所述锗中间层面向砷化镓薄膜层的表面为具有锯齿结构的锗(113)晶面。

6.根据权利要求1所述的锗-硅基砷化镓材料，其中，以所述凹槽结构的顶部平台为基准面，所述锗中间层的厚度为300～800nm。

7.根据权利要求6所述的锗-硅基砷化镓材料，其中，所述锗中间层的厚度为450～650nm。

8.根据权利要求1所述的锗-硅基砷化镓材料，其中，砷化镓薄膜层的厚度为400nm以内。

9.根据权利要求8所述的锗-硅基砷化镓材料，其中，砷化镓薄膜层的厚度为200～400nm。

10.根据权利要求1所述的锗-硅基砷化镓材料，其中，所述砷化镓薄膜层的表面粗糙度为0.5～1nm。

11.根据权利要求10所述的锗-硅基砷化镓材料，其中，所述砷化镓薄膜层的表面粗糙度为0.6～0.8nm。

12.权利要求1至11中任一项所述锗-硅基砷化镓材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)在硅衬底上仅沿(110)方向构筑周期性凹槽结构，其中所述凹槽结构的周期为100～800nm，凹槽的深度为200～1000nm；凹槽结构的顶部平台宽度为100～400nm，底部宽度为50～200nm；

(2)在表面具有周期性凹槽结构的硅衬底上外延生长锗中间层；

(3)在锗中间层的表面外延生长砷化镓薄膜层。

13.根据权利要求12所述的制备方法，其中，所述步骤(1)包括：在硅(100)衬底表面利用等离子增强化学气相沉积方法，生长SiO₂掩模；利用深紫外光刻技术在SiO₂掩模上沿(110)方向构筑周期性凹槽结构；通过反应离子刻蚀技术完成表面具有周期性凹槽结构的硅衬底的制备；利用氢氟酸移除表面SiO₂掩模。

14.根据权利要求12或13所述的制备方法，其中，所述步骤(2)包括利用分子束外延生长技术在硅衬底表面生长形成锗中间层。

15.根据权利要求12或13所述的制备方法，其中，所述步骤(3)包括利用两步法在锗中间层上生长形成砷化镓薄膜层，生长过程包括：在350～400℃下生长20～40nm，在550～600℃下生长360～380nm。

16.权利要求1至11中任一项所述的锗-硅基砷化镓材料或按照权利要求12至15中任一项所述的制备方法制得的锗-硅基砷化镓材料在量子点激光器、探测器、放大器和调制器、CMOS电学器件和波导器件中的应用。