清潔Ge/GeSn表面的新方法—鍺/GeSn的外延清洗

引言

基于Ge/GeSn體系的半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)由于其特殊的能帶結(jié)構(gòu)以及在創(chuàng)新光電子器件和高性能微電子器件中的可能應(yīng)用，最近引起了廣泛的興趣。1 基于拉伸應(yīng)變Ge/GeSn虛擬襯底的多量子阱結(jié)構(gòu)和超晶格已經(jīng)被提議作為集成在硅基光子平臺(tái)中的紅外發(fā)光器件的活性材料。

用于后續(xù)外延生長(zhǎng)的鍺表面的清潔(外延清潔)通?；谕ㄟ^原位退火步驟完成的非原位化學(xué)預(yù)清潔。使用非原位化學(xué)處理來去除天然氧化物和金屬污染物，并生長(zhǎng)保護(hù)外延表面免受污染的化學(xué)氧化物層，該化學(xué)氧化物層隨后在真空室中被解吸，然后在真空室中進(jìn)行外延生長(zhǎng)。8 為了去除鍺的低價(jià)氧化物(GeOx，x 2 ),外部處理還包含含有氧化劑的溶液，例如H2O2，其將GeOx氧化成可溶的GeO2。

介紹

在這項(xiàng)工作中，我們?nèi)A林科納半導(dǎo)體提出了一種清潔Ge/ GeSn表面的新方法:通過使用熱絲活化氫氣氛，我們已經(jīng)清潔了通過減壓化學(xué)氣相沉積(RP-CVD)在非常低的溫度(100♀C)下非原位沉積的Ge/Ge0.9Sn0.1異質(zhì)結(jié)構(gòu)。

這種外延清洗技術(shù)于20世紀(jì)90年代首次提出，用于實(shí)現(xiàn)III-V材料的清潔和重建表面， 是基于表面原子被原子氫蝕刻。原子氫是由高純度的H2分子從氫原子中裂解得到的放置在樣品表面附近的金屬熱線。蝕刻的發(fā)生是因?yàn)樽矒舻腍原子破壞了表面原子鍵，并通過隨后的H內(nèi)含物誘導(dǎo)了H-自由基的形成，H-自由基最終足夠松散地結(jié)合以被解吸，在本例中為GeHx、H2O和CHx分子。

應(yīng)變分析也由拉曼光譜補(bǔ)充。拉曼測(cè)量通過使用Horiba的Labram微型拉曼光譜儀進(jìn)行，該光譜儀配備有632.8 nm的He-Ne激光源(標(biāo)稱輸出功率18 mW)。該系統(tǒng)的照明和收集光學(xué)器件包括共焦配置的顯微鏡。標(biāo)稱光譜分辨率為1厘米-1。錫擴(kuò)散的研究是通過SIMS使用Cs+初級(jí)束進(jìn)行的。

結(jié)果

在圖。2，我們顯示了兩個(gè)樣品組的XPS光譜作為電子結(jié)合能Eb的函數(shù)。給出了在H2氣氛(P 0.5毫托)中不同溫度退火的樣品在沒有(左欄)或有(右欄)熱絲氫活化的情況下獲得的數(shù)據(jù)。顯示了原樣樣品(實(shí)線)以及在100°C(藍(lán)色方塊)和300°C(紅色圓圈)下處理的樣品的數(shù)據(jù)。從上到下，我們分別報(bào)告了相對(duì)于Ge3d、Ge2p3/2、C1s、O1s和Sn3d核心能級(jí)的光譜區(qū)域。所有的光譜都被歸一化為Ge3d核心能級(jí)的積分強(qiáng)度(圖。2(a) 和2(a0)).

收到的樣品XPS光譜具有明顯的碳和氧表面污染的特征，這是由于樣品暴露在實(shí)驗(yàn)室大氣中的水和碳?xì)浠衔镏校瑏碜訡1s的光電發(fā)射信號(hào)相對(duì)較高(Eb～284 eV，圖。2(c)和2(c0))和O1s (Eb ~ 533 eV面板(d)和(d0))。

C1s線形是由較低結(jié)合能(284.5 eV)的主峰的貢獻(xiàn)產(chǎn)生的，該主峰歸因于烴-Ge-C鍵，即所謂的偶然碳，以及歸因于C-O鍵的較高能量肩。16正如預(yù)期的那樣，由于應(yīng)變Ge層的厚度遠(yuǎn)高于典型的電子逃逸深度(0.5-5nm)，在GeSn層中沒有檢測(cè)到Sn原子的貢獻(xiàn)(圖(e)和(e0))。

在Ge3d和Ge2p3/2光譜中，對(duì)應(yīng)于元素Ge及其氧化物發(fā)射的兩個(gè)組分，在較高的結(jié)合能下化學(xué)位移，是很明顯的。

結(jié)論

總之，我們?nèi)A林科納已經(jīng)證明了一種基于暴露于活化氫離子的適合于Ge/GeSn(001)異質(zhì)結(jié)構(gòu)表面清潔的原位方法。我們實(shí)現(xiàn)了無C和O的表面，同時(shí)在低至100°C的工藝溫度下保持外延就緒的表面質(zhì)量。徹底的結(jié)構(gòu)研究排除了工藝過程中任何不必要的應(yīng)變松弛或Sn偏析。該方法也可直接應(yīng)用于任何鍺表面，包括絕緣體上鍺層、鍺/硅異質(zhì)結(jié)構(gòu)和鍺體樣品。

審核編輯：符乾江