Deliverables and Services - IHP Microelectronics

A n n u A l R e p o R t 2 0 0 9
A u S G e w ä H L t e p r o J e K t e – S e L e C t e d p r o J e C t S
Integration von Germanium auf Silizium
mittels einkristalliner Oxidheterostrukturen
Germanium-auf-Silizium-Substrate kombinieren das
Potential der Si-Technologie mit den überlegenen optoelektronischen
Eigenschaften von Ge gegenüber Si.
Dies ist von Bedeutung in Bezug auf:
a) Ladungsträgermobilität (relevant für CMOS),
b) optische Bandlücke und Absorptionskoeffizienten
(relevant für Infrarot-Photodetektoren und optische
Verknüpfungen hoher Bandbreite) sowie
c) strukturelle und thermische Übereinstimmung der
Materialkonstanten mit GaAs (relevant für die
Integration von III-V basierter Optoelektronik in
die etablierte Si Technologie) [1].
Dabei werden weltweit diverse Ansätze untersucht,
um diese Ge-auf-Si-Strukturen zu erzeugen, wie z.B.
der Schichttransfer, die Ge-Kondensation [1], und das
Überwachsen mit epitaktischem Ge auf Si mittels kristalliner
Oxidmasken [2]. Der letzte Ansatz wurde am
IHP in der Abteilung Materials Research in Zusammenarbeit
mit der Siltronic AG intensiv bearbeitet [3].
Einkristalline, vollkommen entspannte und flache
Ge(111) Filme mit einer Schichtdicke von 0,02 - 1 µm
wurden mittels Molekularstrahlepitaxie auf Si(111)
Wafern unter Benutzung eines kubischen (kub)
Pr 2 O 3 (111)-Puffers aufgebracht. Da die Kontrolle der
Defektdichte in epitaktischen Ge-Schichten für jede der
oben erwähnten Anwendungen grundlegend ist, wurden
komplexe Untersuchungen zur kristallinen Ordnung der
Heterostruktur durchgeführt, wobei Röntgenbeugungsmessungen
(XRD) am ESRF Synchrotron in Grenoble
(Frankreich) mit Transmissionselektronenmikroskopie
(TEM) des IHP kombiniert wurden.
Germanium Integration on Silicon via
Single Crystal-line oxide Heterostructures
Germanium-on-Si substrates combine the potential
of the Silicon technology with the superior properties
of Ge over Si in terms of:
a) charge carrier mobilities (relevant for CMoS),
b) optical bandgap and absorption coefficient
(of impact for infra-red photodetectors and
high-bandwidth optical interconnects), and
c) lattice and thermal match with GaAs (of interest
for integration of III-V based opto-electronics in
the mainstream Si platform) [1].
Several techniques are under study worldwide for the
achievement of GeoI structures, such as layer transfer,
Ge condensation [1], and Ge epitaxial overgrowth
of Si via crystalline oxide templates [2]. the last approach
was intensively pursued at IHp`s Department
Materials Research in collaboration with Siltronic AG
[3].
Single crystalline, fully relaxed and flat Ge(111) films
in the range 0.02 - 1 µm were grown by molecular
beam epitaxy on Si(111) wafers using cubic (cub)
pr 2 o 3 (111) as buffer. Since control of the defect density
in the Ge epilayers is fundamental for any of the
above mentioned applications, a complex investigation
of the crystal perfection of the heterostructure
was carried out, combining x-ray diffraction (XRD)
measurements performed at the synchrotron radiation
facility eSRF in Grenoble (France) with in-house
transmission electron microscope (teM) analyses.