專利名稱：在Si基片上生長高密度超小型Ge量子點的方法
技術領域：
本發(fā)明屬于半導體技術領域，特別指高密度超小型Ge量子點的生長方法。
背景技術：
Si/Ge系統(tǒng)中SK模式自組織生長的Ge量子點，由于具有與微電子工藝相兼容的巨大優(yōu)勢以及三維尺寸限制效應帶來的新奇光學、電學特性而將有廣闊的應用前景，并且已經(jīng)成為目前研究的熱點。由于其結構上的三維限制特性，在光學和電學上表現(xiàn)出特有性質(zhì)，利用這些性質(zhì)可以制作新的功能器件并可能在未來微電子和光電子應用中發(fā)揮重要作用。諸如量子點對載流子的三維限制有助于提高激子的束縛能，提高SiGe/Si結構的發(fā)光效率；小尺寸的Ge量子點將具有庫侖阻塞效應，可用來制作單電子晶體管(SET)；如果能將量子點按指定方式排列，可制成量子自動原胞機(Quantum Cellular Automata)實現(xiàn)各種邏輯功能，是解決未來計算機中窄線條的量子瓶頸問題的一種方案。
但是與III-V族半導體GaAs/InAs系統(tǒng)不同，Si/Ge系統(tǒng)4.2％的晶格失配還不足以形成足夠小的Ge量子點從而表現(xiàn)出明顯的三維尺寸限制效應。本發(fā)明以前大多采用在Si緩沖層上直接利用SK模式生長Ge量子點的方法，得到的Ge量子點底寬一般都大于50nm，高度在5～10nm，并且密度一般只在109cm-2量級。2000年Takamiya在Si緩沖層上引入少量硼原子，接著生長Ge，利用硼原子對應力場的調(diào)制來控制Ge量子點的形成，產(chǎn)生了一定效果，得到了底寬30nm高1.5nm的小型Ge量子點，但是與這種小型Ge量子點共存的還有底寬約100nm的大型Ge島。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在Si基片上生長高密度超小型Ge量子點的方法，其方法是利用B2H6氣流在Ge浸潤層上引入少量硼原子，從而帶來Ge浸潤層上應力調(diào)制，促使接下來的小型Ge量子點形成。合理控制生長溫度和氣流可以得到小尺寸、高密度Ge量子點，且具有良好的均勻性。
本發(fā)明一種在Si基片上生長高密度超小型Ge量子點的方法，其特征在于，包括如下步驟(1)在Si基片上生長Si緩沖層，改善襯底晶體質(zhì)量；(2)降低生長溫度，生長Ge浸潤層；(3)中斷10～40秒，抽走反應氣體；(4)在Ge浸潤層上通過向生長室通入B2H6引入硼原子；(5)中斷10～40秒后，生長Ge頂層，形成Ge量子點。
其中所述的各步驟的生長是在“超高真空化學氣相淀積”系統(tǒng)(UHVCVD)中進行。
其中在Si基片上生長的Si緩沖層，其生長厚度約200nm，生長溫度為600℃以上。
其中在Si緩沖層上生長的Ge浸潤層，生長厚度為1～2原子層，生長溫度為500℃～600℃。
其中在Ge浸潤層上通過向生長室通入B2H6引入硼原子，B2H6流量為1sccm，持續(xù)時間為數(shù)秒，生長溫度為500℃～600℃。
其中生長的Ge頂層，形成Ge量子點，生長厚度為3～4原子層，生長溫度為500℃～600℃。
為進一步說明本發(fā)明的技術內(nèi)容，以下結合具體實施方式
及附圖對本發(fā)明作一詳細的描述，其中圖1是本發(fā)明的Si緩沖層生長結構示意圖；圖2是本發(fā)明的Ge浸潤層生長結構示意圖；圖3是本發(fā)明的硼原子分布示意圖；圖4是本發(fā)明的Ge頂層生長結構示意圖；圖5是本發(fā)明的Ge量子點原子力顯微鏡測試結果。
具體實施例方式
請結合參閱圖1至圖4，本發(fā)明一種在Si基片上生長高密度超小型Ge量子點的方法，包括如下步驟
(1)在Si基片10上生長Si緩沖層11，改善襯底晶體質(zhì)量；其中在Si基片10上生長的Si緩沖層11，其生長厚度約200nm，生長溫度為600℃以上；(2)降低生長溫度，生長Ge浸潤層12；其中在Si緩沖層11上生長的Ge浸潤層12，生長厚度為1～2原子層，生長溫度為500℃～600℃；(3)中斷10～40秒，抽走反應氣體；(4)在Ge浸潤層12上通過向生長室通入B2H6引入硼原子13；其中在Ge浸潤層12上通過向生長室通入B2H6引入硼原子13，B2H6流量為1sccm，持續(xù)時間為數(shù)秒，生長溫度為500℃～600℃；(5)中斷10～40秒后，生長Ge頂層14，形成Ge量子點；其中生長的Ge頂層14，生長厚度為3～4原子層，生長溫度為500℃～600℃。
其中所述的各步驟的生長是在“超高真空化學氣相淀積”系統(tǒng)(UHVCVD)中進行。
本發(fā)明提出了一種在Si基片上生長高密度超小型Ge量子點的新方法，其關鍵在于利用了在Ge浸潤層上的硼原子引入的應力場調(diào)制。由于Si/Ge系統(tǒng)晶格常數(shù)只有4.2％，普通SK模式生長得到的Ge量子點底寬一般都大于50nm，高度在5～10nm，并且密度一般只在109cm-2量級。而大部分應用需要更小、更高密度的Ge量子點。為解決以上問題，本發(fā)明提出利用B2H6氣流在Ge浸潤層上引入少量硼原子，從而帶來Ge浸潤層上應力調(diào)制，促使接下來的小型Ge量子點形成。合理控制生長溫度和氣流可以得到小尺寸、高密度Ge量子點，且具有良好的均勻性。
具體實施過程(均在“超高真空化學氣相淀積”系統(tǒng)(UHVCVD)中進行)1、在Si(001)襯底上生長Si緩沖層，采用Si2H6流量為6sccm，生長厚度約200nm，生長溫度為750℃(圖1)；2、降低生長溫度，生長Ge浸潤層，采用GeH4流量為1sccm，生長厚度為2原子層，生長溫度為520℃(圖2)；3、中斷30秒；4、在Ge浸潤層上通過向生長室通入B2H6引入硼原子，B2H6流量為1sccm，持續(xù)時間為5秒，生長溫度為520℃(圖3)；5、中斷30秒后，生長Ge頂層，形成Ge量子點，采用GeH4流量為1sccm，生長厚度為3原子層，生長溫度為520℃(圖4)。
對以上步驟生長所得的樣品進行原子力顯微鏡測試表明，Ge量子點平均底寬和高度分別為32nm和1.2nm，密度達到4.6×1010cm-2，且分布均勻。對比普通SK模式生長所得到的Ge量子點，在尺寸和密度上均有很大進步。這說明這種方法可以有效縮小Ge量子點的尺寸，同時提高其密度，為應用打下基礎。
本發(fā)明利用B2H6氣流在Ge浸潤層上引入少量硼原子，從而帶來Ge浸潤層上應力調(diào)制，促使接下來的小型Ge量子點形成。合理控制生長溫度和氣流得到了小尺寸、高密度Ge量子點，且具有良好的均勻性。
權利要求
1.一種在Si基片上生長高密度超小型Ge量子點的方法，其特征在于，包括如下步驟(1)在Si基片上生長Si緩沖層，改善襯底晶體質(zhì)量；(2)降低生長溫度，生長Ge浸潤層；(3)中斷10～40秒，抽走反應氣體；(4)在Ge浸潤層上通過向生長室通入B2H6引入硼原子；(5)中斷10～40秒后，生長Ge頂層，形成Ge量子點。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種在Si基片上生長高密度超小型Ge量子點的方法，其特征在于，其中所述的各步驟的生長是在“超高真空化學氣相淀積”系統(tǒng)中進行。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種在Si基片上生長高密度超小型Ge量子點的方法，其特征在于，其中在Si基片上生長的Si緩沖層，其生長厚度約200nm，生長溫度為600℃以上。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種在Si基片上生長高密度超小型Ge量子點的方法，其特征在于，其中在Si緩沖層上生長的Ge浸潤層，生長厚度為1～2原子層，生長溫度為500℃～600℃。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種在Si基片上生長高密度超小型Ge量子點的方法，其特征在于，其中在Ge浸潤層上通過向生長室通入B2H6引入硼原子，B2H6流量為1sccm，持續(xù)時間為數(shù)秒，生長溫度為500℃～600℃。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種在Si基片上生長高密度超小型Ge量子點的方法，其特征在于，其中生長的Ge頂層，形成Ge量子點，生長厚度為3～4原子層，生長溫度為500℃～600℃。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種在Si基片上生長高密度超小型Ge量子點的方法，其特征在于，包括如下步驟(1)在Si基片上生長Si緩沖層，改善襯底晶體質(zhì)量；(2)降低生長溫度，生長Ge浸潤層；(3)中斷10～40秒，抽走反應氣體；(4)在Ge浸潤層上通過向生長室通入B
文檔編號H01L33/00GK1747128SQ20041007436
公開日2006年3月15日 申請日期2004年9月10日 優(yōu)先權日2004年9月10日
發(fā)明者時文華, 李傳波, 王容偉, 羅麗萍, 王啟明 申請人:中國科學院半導體研究所