锗/GeSn的外延清洗

引言

基于Ge/GeSn体系的半导体异质结构由于其特殊的能带结构以及在创新光电子器件和高性能微电子器件中的可能应用，最近引起了广泛的兴趣。1 基于拉伸应变Ge/GeSn虚拟衬底的多量子阱结构和超晶格已经被提议作为集成在硅基光子平台中的红外发光器件的活性材料。

用于后续外延生长的锗表面的清洁(外延清洁)通常基于通过原位退火步骤完成的非原位化学预清洁。使用非原位化学处理来去除天然氧化物和金属污染物，并生长保护外延表面免受污染的化学氧化物层，该化学氧化物层随后在真空室中被解吸，然后在真空室中进行外延生长。8 为了去除锗的低价氧化物(GeOx，x 2 ),外部处理还包含含有氧化剂的溶液，例如H2O2，其将GeOx氧化成可溶的GeO2。

介绍

在这项工作中，我们提出了一种清洁Ge/ GeSn表面的新方法:通过使用热丝活化氢气氛，我们已经清洁了通过减压化学气相沉积(RP-CVD)在非常低的温度(100♀C)下非原位沉积的Ge/Ge0.9Sn0.1异质结构。

这种外延清洗技术于20世纪90年代首次提出，用于实现III-V材料的清洁和重建表面， 是基于表面原子被原子氢蚀刻。原子氢是由高纯度的H2分子从氢原子中裂解得到的放置在样品表面附近的金属热线。蚀刻的发生是因为撞击的H原子破坏了表面原子键，并通过随后的H内含物诱导了H-自由基的形成，H-自由基最终足够松散地结合以被解吸，在本例中为GeHx、H2O和CHx分子。

应变分析也由拉曼光谱补充。拉曼测量通过使用Horiba的Labram微型拉曼光谱仪进行，该光谱仪配备有632.8 nm的He-Ne激光源(标称输出功率18 mW)。该系统的照明和收集光学器件包括共焦配置的显微镜。标称光谱分辨率为1厘米-1。锡扩散的研究是通过SIMS使用Cs+初级束进行的。

结果

在图。2，我们显示了两个样品组的XPS光谱作为电子结合能Eb的函数。给出了在H2气氛(P 0.5毫托)中不同温度退火的样品在没有(左栏)或有(右栏)热丝氢活化的情况下获得的数据。显示了原样样品(实线)以及在100°C(蓝色方块)和300°C(红色圆圈)下处理的样品的数据。从上到下，我们分别 告了相对于Ge3d、Ge2p3/2、C1s、O1s和Sn3d核心能级的光谱区域。所有的光谱都被归一化为Ge3d核心能级的积分强度(图。2(a) 和2(a0)).

收到的样品XPS光谱具有明显的碳和氧表面污染的特征，这是由于样品暴露在实验室大气中的水和碳氢化合物中，来自C1s的光电发射信号相对较高(Eb～284 eV，图。2(c)和2(c0))和O1s (Eb ~ 533 eV面板(d)和(d0))。

C1s线形是由较低结合能(284.5 eV)的主峰的贡献产生的，该主峰归因于烃-Ge-C键，即所谓的偶然碳，以及归因于C-O键的较高能量肩。16正如预期的那样，由于应变Ge层的厚度远高于典型的电子逃逸深度(0.5-5nm)，在GeSn层中没有检测到Sn原子的贡献(图(e)和(e0))。

在Ge3d和Ge2p3/2光谱中，对应于元素Ge及其氧化物发射的两个组分，在较高的结合能下化学位移，是很明显的。

结论

总之，我们已经证明了一种基于暴露于活化氢离子的适合于Ge/GeSn(001)异质结构表面清洁的原位方法。我们实现了无C和O的表面，同时在低至100°C的工艺温度下保持外延就绪的表面质量。彻底的结构研究排除了工艺过程中任何不必要的应变松弛或Sn偏析。该方法也可直接应用于任何锗表面，包括绝缘体上锗层、锗/硅异质结构和锗体样品。