[发明专利]一种在SiO2

说明书

本发明公开了一种在SiO₂衬底上生长硫化锗单晶薄膜的制备方法，所述方法包括：用丙酮、乙醇和去离子水对衬底进行表面清洗；其中，所述衬底材料为Si/SiO₂衬底或SiO₂玻璃衬底；在所述衬底上进行光刻，旋涂光刻胶，进行光刻后再经过干法刻蚀或湿法腐蚀获得凹槽图形；在所述衬底的凹槽图形中沉积一层锗晶体，得到处理后的衬底；将所述处理后的衬底放进化学气相沉积设备中进行生长，生长源为高纯度硫粉和高纯度锗粉，从而制得SiO₂衬底上的硫化锗单晶薄膜。本发明提供的制备方法操作简单，可以在SiO₂衬底上生长出单晶硫化锗GeS₂，单晶硫化锗晶体质量高，表面粗糙度小，具有对应可见光波段蓝紫光的禁带宽度。

技术领域

本发明涉及宽禁带光电探测半导体材料生长技术领域，具体涉及一种在SiO₂衬底上生长硫化锗单晶薄膜的制备方法。

背景技术

硫化锗(GeS₂)是一种高禁带宽度层状面内各向异性的四族硫系化合物半导体，其晶体结构为单斜结构，由四面体基本单元组成层状分子，层与层之间由范德华力相结合。由于这种独特的面内各向异性结构，硫化锗具有光电各向异性和电致相变等独特性能，在偏振光探测器、忆阻器、光存储器和高比能电池中得到广泛应用。目前硫化锗晶体生长常用的方法是化学气相传输法(CVT)：将高纯硫粉和高纯锗粉按照一定比例融封在石英管中，在1000℃生长24h得到硫化锗块状晶体。这种方法需要较长的生长时间，得到的晶体为大的块体，不利于加工制备成器件。

为了将硫化锗(GeS₂)更好的应用到器件，与硅基器件单片集成，需要一种将硫化锗(GeS₂)生长在硅基衬底上的简单方法。

发明内容

为了解决上述现有技术的不足，本发明提供了一种在SiO₂衬底上生长硫化锗单晶薄膜的制备方法，采用该制备方法可以在SiO₂衬底上生长出单晶硫化锗GeS₂，制备的单晶硫化锗晶体质量高，表面粗糙度小，具有对应可见光波段蓝紫光的禁带宽度。

本发明的目的可以通过采取如下技术方案达到：

一种在SiO₂衬底上生长硫化锗单晶薄膜的制备方法，所述方法包括：

用丙酮、乙醇和去离子水对衬底进行表面清洗；其中，所述衬底材料为Si/SiO₂衬底或SiO₂玻璃衬底；

在所述衬底上进行光刻，旋涂光刻胶，进行光刻后再经过干法刻蚀或湿法腐蚀获得凹槽图形；

在所述衬底的凹槽图形中沉积一层锗晶体，得到处理后的衬底；

将所述处理后的衬底放进化学气相沉积设备中进行生长，生长源为高纯度硫粉和高纯度锗粉，从而制得SiO₂衬底上的硫化锗单晶薄膜。

进一步的，所述湿法腐蚀包括BOE溶液或食人鱼溶液，所述干法刻蚀包括电感耦合等离子体刻蚀。

进一步的，所述在所述衬底的凹槽图形中沉积一层锗晶体，采用的方法为电子束蒸镀、激光脉冲沉积、物理气相沉积物理溅射、物理气相沉积和化学气相沉积中的任意一种。

进一步的，所述Si/SiO₂衬底为p-(100)晶向、厚度为300nm。

进一步的，所述凹槽图形为圆孔图形阵列。

进一步的，所述高纯度硫粉的纯度为99.999％，所述高纯度锗粉的纯度为99.999％。

进一步的，所述将所述处理后的衬底放进化学气相沉积设备中进行生长，生长源为高纯度硫粉和高纯度锗粉，从而制得SiO₂衬底上的硫化锗单晶薄膜，具体包括：