本发明涉及光电子，尤其涉及一种硅基iii-v族外延材料的制备方法。
背景技术：
1、随着摩尔定律的逐渐失效，集成电路的晶体管密度和功耗逐渐不能满足现代通讯网络的计算和互联需求。而光子芯片以其低延时、低能耗、信息容量大等优势，正在逐渐占领集成电路的现有市场。为了适应光电融合芯片的发展，硅基光子集成芯片成为目前光子集成芯片研究领域的研究重点，以其单位光损耗低、波导结构紧凑、晶圆尺寸大以及与cmos工艺兼容等优势，正在逐步占领光子集成电路的广阔市场。然而，硅基光源受到硅间接带隙半导体特性的影响成为硅基光子集成电路的瓶颈。
技术实现思路
1、有鉴于此，本发明提供了一种硅基iii-v族外延材料的制备方法，用于至少部分解决上述技术问题。
2、本发明的实施例提供了一种硅基iii-v族外延材料的制备方法，包括：对硅衬底的表面进行清洗和预处理，以清除硅衬底表面杂质并平整硅衬底的表面；将预处理后的硅衬底置于特定环境下进行升温和退火；在退火后的硅衬底表面预沉积超薄插入层；在超薄插入层表面外延生长iii-v族体材料外延层，得到硅基iii-v族外延材料；对硅基iii-v族外延材料进行循环退火，以实现超薄插入层对硅基iii-v族外延材料位错的二次过滤；在循环退火后的硅基iii-v族外延材料表面生长平整层；其中，通过清洗、预处理、升温和退火、预沉积超薄插入层、循环退火以及生长平整层共同作用形成超薄插入层来抑制外延过程中的反向畴和穿透位错。
3、根据本发明的实施例，对硅衬底的表面进行清洗和预处理，包括：使用有机溶剂去除硅衬底表面的有机物，使用盐酸和氨水配合双氧水溶液去除硅衬底表面的重金属及重金属离子，使用氢氟酸溶液去除硅衬底表面的氧化层；采用浓硫酸水煮预处理方式对硅衬底表面的微结构进行优化；或者，使用有机溶剂去除硅衬底表面的有机物，使用盐酸和氨水配合双氧水溶液去除硅衬底表面的重金属及重金属离子，使用氢氟酸溶液去除硅衬底表面的氧化层；采用等离子体表面轰击预处理方式对硅衬底表面的微结构进行优化。
4、根据本发明的实施例，将预处理后的硅衬底置于特定环境下进行升温和退火，包括：将预处理后的硅衬底置于金属有机化合物化学气相沉积反应腔室内，向反应腔室内引入用于保护衬底表面的保护气体；调节反应腔室内的气体氛围、升温速度、保温时间以使衬底获得有益于双原子台阶形成的表面再构状态。
5、根据本发明的实施例，在退火后的硅衬底表面预沉积超薄插入层，包括：在退火后的硅衬底表面一次或多次沉积相同材料的薄层，得到超薄插入层；或者，在退火后的硅衬底表面一次或多次沉积不同材料的薄层，得到超薄插入层；其中，超薄插入层的厚度为1原子层到数百原子层。
6、根据本公开的实施例，对硅基iii-v族外延材料进行循环退火，包括：在硅基iii-v族外延材料全部外延完成后进行循环退火；或者，每沉积一层薄层后进行循环退火。
7、根据本发明的实施例，iii-v族体材料外延层的材料为组分渐变或组分固定材料，厚度大于200 nm。
8、根据本发明的实施例，循环退火包括一次或多次快速交替的高低温升降温和保温过程，高低温温差大于350℃，保温时间大于等于200s。
9、根据本发明的实施例，特定环境包括n2氛围、h2氛围、五族氢化物氛围以及以上气体的混合气氛围，升温的速率为20℃/min -50℃/min，退火时间为10 min -40min；超薄插入层的沉积速度小于2nm/s，生长温度范围为300℃-600℃。
10、根据本发明的实施例，平整层的厚度大于300nm。
11、根据本发明实施例的硅基iii-v族外延材料的制备方法，至少具备以下有益效果：
12、通过在经过表面预处理后的硅衬底上引入超薄插入层的方式，结合对硅衬底表面的清洗、预处理、循环退火、平整层生长等技术，抑制无偏角硅衬底上iii-v族外延过程中反向畴的形成，解决了cmos兼容的硅衬底上iii-v族材料高质量外延的问题。超薄插入层的引入还可以使得穿透位错在较薄的外延层厚度下实现快速融合，有利于降低硅基iii-v族材料的制备成本和外延复杂度，在较薄的外延厚度下即可以实现低于1e7/cm2位错密度的高质量硅基iii-v族材料外延。超薄外延层加快速热退火的方式操作方便，iii-v族源材料消耗少。
13、对硅基iii-v族外延材料进行循环退火，能够进一步实现超薄插入层对位错过滤的作用，提高硅基iii-v族材料的外延质量。
14、通过表面平整层的引入，可以快速优化iii-v族材料晶体质量，获得可以用于后续外延的高质量iii-v/si(001)赝衬底。
15、基于该方法制备的高质量硅基iii-v族外延材料，有利于硅基光电子器件的集成。
1.一种硅基iii-v族外延材料的制备方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述对硅衬底的表面进行清洗和预处理，包括：
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述将预处理后的硅衬底置于特定环境下进行升温和退火，包括：
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述在退火后的硅衬底表面预沉积超薄插入层，包括：
5.根据权利要求4所述的备方法，其特征在于，对所述硅基iii-v族外延材料进行循环退火，包括：
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述iii-v族体材料外延层的材料为组分渐变或组分固定材料，厚度大于200 nm。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述循环退火包括一次或多次快速交替的高低温升降温和保温过程，高低温温差大于350℃，保温时间大于等于200s。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述特定环境包括n2氛围、h2氛围、五族氢化物氛围以及以上气体的混合气氛围，升温的速率为20℃/min -50℃/min，退火时间为10 min -40min；
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述平整层的厚度大于300nm。
