高 玮,亓东锋,韩 响,陈松岩,李 成,赖虹凯,黄 巍,李 俊

(厦门大学物理与机电工程学院,福建 厦门 361005)

Si基Ge、SiGe异质材料因与Si工艺相兼容,并具有比Si更优异的电学性质和光学性质被认为是集成光电子器件的重要材料．然而由于Si和Ge存在4.2%晶格失配和热失配,在Si上直接外延Ge将产生大量的晶体缺陷,影响器件性能．目前在Si衬底上生长Ge薄膜主要有3种工艺[1-3]:1) 组分渐变的SiGe缓冲层;2) 低温Ge缓冲层;3)
图形衬底技术．前2种方法虽然工艺简单,但生长材料过渡层较厚,不利于后期某些集成器件的制作．有研究表明,图形衬底技术在位错捕获、应变释放等方面有着明显的优势[4-6],可直接在Si衬底上制备出位错密度小的高质量外延层．早在20世纪90年代,贝尔实验室[7]在边长70 μm的正方形Si图形衬底上通过分子束外延(MBE)生长得到近乎无位错的Si0.81Ge0.19薄膜．伴随着半导体工艺线宽的逐渐减小和光刻技术的发展,图形衬底形状从方形、圆形、光栅结构、柱状结构到点阵结构等不断演化,制备方法也由传统光刻到聚丙烯酰胺(PAM)掩膜以及纳米压印,图形尺寸已从微米级延伸到纳米级别．图形衬底技术现已逐渐成为Si基材料和Ⅲ-Ⅴ族材料外延的重要手段之一．衬底材料因其决定着外延、芯片、封装应用的技术发展方向,所以类似图形化的衬底技术将成为第3代半导体的核心技术．

在异质材料外延过程中,薄膜内应力的存在是非常普遍的,其形成是一个复杂的过程,内应力一般由本征应力和热应力构……