总部位于阿拉伯联合酋长国的研究人员已使用硅上锗模板生产砷化镓(GaAs)金属-半导体-金属(MSM)光电探测器。还希望将III-V材料单片集成到硅片上,以降低成本,并提高产量和产量,并进一步与主流的互补金属氧化物半导体(CMOS)电子器件和硅光子学平台结合使用。
不匹配的晶格和热膨胀参数会阻碍III-V材料在硅上的沉积。在他们的工作中,研究人员使用的锗层比通常用于桥接硅和III-V半导体的?10μm渐变硅锗层薄得多。
硅锗模板或“虚拟衬底”由在(100)硅上的700nm射频等离子体增强化学气相沉积(PECVD)层组成。GaAs来自金属有机化学气相沉积(MOCVD)工艺,涉及叔丁基ter(TBA)和三甲基镓(TMGa)前驱体。
在GaAs沉积之前,将Ge表面分别在400℃和700℃下烘烤5分钟和10分钟。这些热处理的目的是在不引入反相边界(APB),位错和堆垛层错的情况下实现从非极性Ge到极性GaAs的转变。研究人员将这种处理方法描述为“在开始沉积GaAs之前,增加双原子步骤的密度,吸附Ge原生氧化物并提高表面质量的重要步骤。”
GaAs分两步沉积:在500°C下持续5分钟,形成种子层,然后在550°C进行其余的生长。器件层是未掺杂的,旨在实现固有的导电性能,以实现低压操作。实际上,锗在GaAs层中的相互扩散会引入陷阱态并扩展缺陷,从而以5x1017 / cm2的空穴浓度提供p型导电,从而导致约200mΩ/平方的薄层电阻。
清洁GaAs表面并进行氧等离子体处理,然后用1-2nm溅射氧化铝(Al2O3)钝化,该钝化目标是与高质量的肖特基接触。蒸发的铬(Cr)和金(Au)用作MSM光电探测器的金属触点。