CN107785461B - 一种激光辅助再晶化Ge/Si虚衬底上直接带隙Ge及其制备方法 - Google Patents
一种激光辅助再晶化Ge/Si虚衬底上直接带隙Ge及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种激光辅助再晶化Ge/Si虚衬底上直接带隙Ge及其制备方法。该制备方法包括：选取Si衬底；在Si衬底表面生长第一Ge籽晶层；在第一Ge籽晶层表面生长第二Ge主体层；加热整个衬底，并利用激光工艺对整个衬底进行晶化，激光工艺的参数包括：激光波长为808nm，激光光斑尺寸10mm×1mm，激光功率为1.5kW/cm2，激光移动速度为25mm/s；冷却形成Ge/Si虚衬底材料；在第二Ge主体层周围选择性外延GeSi。本发明采用激光再晶化(Laser Re‑Crystallization，简称LRC)工艺有效降低Ge/Si虚衬底的位错密度，后续利用第二Ge主体层周围选择外延GeSi，制备高质量的直接带隙Ge材料。同时，激光再晶化工艺时间短、热预算低，可提升Si衬底上实现高质量的直接带隙Ge材料整个制程的工艺效率。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，特别涉及一种激光辅助再晶化Ge/Si虚衬底上直接带隙Ge及其制备方法。
背景技术
“摩尔定律”提出至今，硅基微电子器件的特征尺寸已接近物理极限。为了延续“摩尔定律”，新技术、新材料不断涌现。如应变技术、高K栅介质、鳍栅结构等。其中，应变硅技术作为一种迁移率增强技术，在工业界中得到广泛应用。
相比于硅(Si)材料锗(Ge)材料具有更高的载流子迁移率，其空穴迁移率为1900cm2/V·s约为Si材料的4倍，电子迁移率为3900cm2/V·s约为Si材料的2.5倍，并且与硅工艺兼容，所以Ge材料被认为是高性能MOSFET器件极具潜力的候选材料。Ge为间接带隙半导体，通过改性技术，如应力作用、合金化作用、应力与合金化共作用等，可使其转变为直接带隙半导体。直接带隙Ge载流子迁移率，无论是电子迁移率还是空穴迁移率，均显著高于Ge的载流子迁移率。因此，将直接带隙Ge应用于电子器件，工作速度高、频率特性好；应用于光子器件时，转换效率高，发光效率可与Ⅲ-Ⅴ族半导体相当。这样，直接带隙改性Ge涉及光电集成的各重要元件(光源、光调制器、光探测器、电子器件)甚至均可在同一有源层集成于同一芯片上，为高速器件与电路提供了又一新的技术发展途径。
由于相比于Ge衬底材料Si衬底材料在机械强度、热性质及经济方面更具优势，如何基于Si衬底实现直接带隙Ge是领域内面临的重要问题。Si衬底上直接外延Ge(Ge/Si)虚衬底技术兼具Si与Ge的技术优势，尤其可与现有Si工艺兼容，是解决该问题行之有效的技术手段。然而，由于Si与Ge之间存在4.2％的晶格失配，Ge/Si虚衬底技术实现难度大。常见的两步法Ge/Si虚衬底技术存在Ge外延层表面粗糙度与位错密度大、Si-Ge互扩问题，以及工艺周期长，热预算高等缺点。
此外，制备出高质量的直接带隙Ge材料是直接带隙Ge器件实现的关键。目前，国内外直接带隙Ge改性实现方法主要有施加高强度张应力和采用合金化的手段。然而，目前常见外延技术工艺很难对Ge实现2.4GPa的双轴应力，工艺实现难度大。常见的工艺如Si衬底上先外延Ge，退火过程中再利用Si与Ge热膨胀系数不同，可使Ge外延层获得0.3％的拉伸应变，但仍无法使Ge转化为直接带隙材料，还需配合重掺杂才仅实现准直接带隙Ge材料。
发明内容
因此，为解决现有技术存在的技术缺陷和不足，本发明提出一种一种激光辅助再晶化Ge/Si虚衬底上直接带隙Ge及其制备方法。
具体地，本发明一个实施例提出的一种激光辅助再晶化Ge/Si虚衬底上直接带隙Ge的制备方法，包括：
S101、选取单晶Si衬底材料；
S102、在275℃～325℃温度下，利用CVD工艺在所述单晶Si衬底上生长40～50nm的第一Ge籽晶层；
S103、在500℃～600℃温度下，利用CVD工艺在在所述第一Ge籽晶层表面生长150～250nm的第二Ge主体层；
S104、利用CVD工艺在所述第二Ge主体层表面上淀积150nm SiO2层；
S105、将包括所述单晶Si衬底、所述Ge外延层及所述SiO2层的整个衬底材料加热至700℃，连续采用激光工艺晶化所述整个衬底材料，其中，激光波长为808nm，激光光斑尺寸10mm×1mm，激光功率为1.5kW/cm2，激光移动速度为25mm/s；
S106、自然冷却所述整个衬底材料；
S107、利用干法刻蚀工艺刻蚀所述SiO2层，形成Ge/Si虚衬底材料；
S108、在所述第二Ge主体层表面涂胶并选择区域曝光，在所述涂胶区域中心保留边长为20nm的光刻胶区域，刻蚀四周的光刻胶；S109、在CF4和SF6气体环境中，采用感应耦合等离子体方法刻蚀所述光刻胶区域外的所述第二Ge主体层，形成Ge台阶，刻蚀所述Ge台阶上表面的光刻胶；
S110、在所述第二Ge主体层表面淀积一层Si3N4材料，选择性刻蚀所述Ge台阶两侧Si3N4材料，保留所述Ge台阶上表面的Si3N4材料；
S111、使用锗烷、硅烷为气源，氢气作为载气，利用CVD工艺在所述Ge/Si虚衬底上暴露出的所述第二Ge主体层上选择性外延一层厚度为20nm的Ge0.5Si0.5层；
S112、在180℃温度下，采用热磷酸湿法刻蚀去除所述第二Ge主体层表面的Si3N4材料，形成所述直接带隙Ge材料。
本发明另一个实施例提出的一种激光辅助再晶化Ge/Si虚衬底上直接带隙Ge，包括：单晶Si衬底、第一Ge籽晶层、第二Ge主体层及引入应力的GeSi层；所述直接带隙Ge材料由上述实施例所述的方法制备形成。
本发明另一个实施例提出的一种激光辅助再晶化Ge/Si虚衬底上直接带隙Ge的制备方法，包括：
选取Si衬底；
在所述Si衬底上生长Ge外延层；
加热整个衬底，并利用激光工艺对整个衬底进行晶化，所述激光工艺的参数包括：激光波长为808nm，激光光斑尺寸10mm×1mm，激光功率为1.5kW/cm2，激光移动速度为25mm/s；
冷却形成Ge/Si虚衬底材料；
在所述Ge外延层周围选择性外延GeSi材料，形成所述一种激光辅助再晶化Ge/Si虚衬底上直接带隙Ge。
在发明的一个实施例中，在所述Si衬底上生长Ge外延层，包括：
在275℃～325℃下，在所述Si衬底表面生长第一Ge籽晶层；
在500℃～600℃下，在所述第一Ge籽晶层表面生长第二Ge主体层。
在发明的一个实施例中，在生长所述Ge外延层之后，还包括：
在所述Ge外延层表面生长SiO2层；
相应地，冷却形成所述Ge/Si虚衬底材料，包括：
冷却包括所述SiO2层的整个衬底；
利用刻蚀工艺去除所述Ge外延层表面的所述SiO2层，形成所述Ge/Si虚衬底材料。
在本发明的一个实施例中，加热整个衬底的温度为700℃。
在本发明的一个实施例中，在所述Ge外延层周围选择性外延GeSi材料，包括：
在所述Ge外延层表面形成光刻胶区域，刻蚀四周的光刻胶；
刻蚀所述光刻胶区域外的所述Ge外延层，形成Ge台阶，刻蚀所述Ge台阶上表面光刻胶；
在所述Ge外延层材料表面淀积一层Si3N4材料，选择性刻蚀所述Ge台阶两侧的所述Si3N4材料；
在所述Ge外延层上选择性外延Ge0.5Si0.5层；
在180℃温度下，采用热磷酸湿法刻蚀去除所述Ge外延层上的所述Si3N4材料。
在本发明的一个实施例中，刻蚀所述光刻胶区域外的所述Ge外延层，包括：
在CF4和SF6气体环境中，采用感应耦合等离子体方法刻蚀所述光刻胶区域外的所述Ge外延层。
在本发明的一个实施例中，所述Ge外延层上选择性外延Ge0.5Si0.5层，包括：
使用锗烷、硅烷为气源，氢气作为载气，利用CVD工艺在所述Ge/Si虚衬底上暴露出的所述Ge外延层上选择性外延一层厚度为20nm的Ge0.5Si0.5层。
本发明另一个实施例提出的一种激光辅助再晶化Ge/Si虚衬底上直接带隙Ge，包括：单晶Si衬底、Ge外延层及引入应力的Ge外延层周围的GeSi层；所述直接带隙Ge材料由上述实施例所述的方法制备形成。
上述实施例，本发明采用激光再晶化(Laser Re-Crystallization，简称LRC)工艺即通过连续激光再晶化Ge/Si虚衬底，可有效降低Ge/Si虚衬底的位错密度，进而可后续实现高质量的直接带隙Ge材料；连续激光晶化工艺选择性高，仅作用于Ge外延层，控制精确，避免了Si-Ge互扩的问题；连续激光再晶化工艺步骤简单，工艺周期短，热预算低，可提升Si衬底上实现高质量的直接带隙Ge材料整个制程的工艺效率。本发明利用Ge外延层周围选择外延GeSi引入张应力，制得的直接带隙Ge材料晶体质量高，且拉伸应变可以达到2.0％，能够使Ge应变层转变为直接带隙材料，大大增强其自发辐射效率，发光效率高。
通过以下参考附图的详细说明，本发明的其它方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本发明的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。
附图说明
下面将结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细的说明。
图1为本发明实施例提供的一种激光辅助再晶化Ge/Si虚衬底上直接带隙Ge的工艺流程图；
图2为本发明实施例提供的一种激光再晶化工艺的示意图；
图3为本发明实施例提供的一种激光再晶化装置的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种Ge四周选择性外延GeSi俯视图；
图5为本发明实施例提供的一种Ge四周选择性外延GeSi剖面图；
图6a-图6i为本发明实施例提供的一种激光辅助再晶化Ge/Si虚衬底上直接带隙Ge的工艺示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
实施例一
请参见图1，图1为本发明实施例提供的一种激光辅助再晶化Ge/Si虚衬底上直接带隙Ge的工艺流程图。该方法包括如下步骤：
步骤a、选取Si衬底；
步骤b、在所述Si衬底上生长Ge外延层；
步骤c、加热整个衬底，并利用激光工艺对整个衬底进行晶化，所述激光工艺的参数包括：激光波长为808nm，激光光斑尺寸10mm×1mm，激光功率为1.5kW/cm2，激光移动速度为25mm/s；
步骤d、冷却形成Ge/Si虚衬底材料；
步骤e、在所述Ge外延层周围选择性外延GeSi材料，形成所述激光辅助再晶化Ge/Si虚衬底上直接带隙Ge。
其中，对于步骤b，可以包括：在所述Si衬底上生长Ge外延层，具体为：
在275℃～325℃下，在所述Si衬底表面生长第一Ge籽晶层；
在500℃～600℃下，在所述第一Ge籽晶层表面生长第二Ge主体层。
可选地，在步骤b之后，还可以包括：
步骤x、在所述Ge外延层表面生长SiO2层；
相应地，步骤d可以包括：
步骤d1、冷却包括所述SiO2层的整个衬底；
步骤d2、利用刻蚀工艺去除所述Ge外延层表面的所述SiO2层，形成所述Ge/Si虚衬底材料。
另外，加热整个衬底的温度为700℃。
其中，对于步骤e，可以包括：在所述Ge外延层周围选择性外延GeSi材料，具体为：
在所述Ge外延层表面形成光刻胶区域，刻蚀四周的光刻胶；
刻蚀所述光刻胶区域外的所述Ge外延层，形成Ge台阶,刻蚀所述Ge台阶上表面光刻胶；
在所述Ge外延层材料表面淀积一层Si3N4材料，选择性刻蚀所述Ge台阶两侧的所述Si3N4材料；
在所述Ge外延层上选择性外延Ge0.5Si0.5层；
在180℃温度下，采用热磷酸湿法刻蚀去除所述Si3N4材料。
其中，对于步骤e中刻蚀所述光刻胶区域外的所述Ge外延层，可以包括：
在CF4和SF6气体环境中，采用感应耦合等离子体方法刻蚀所述光刻胶区域外的所述Ge外延层。
其中，对于步骤e中所述Ge外延层上选择性外延Ge0.5Si0.5层，还可以包括：
使用锗烷、硅烷为气源，氢气作为载气，利用CVD工艺在所述Ge/Si虚衬底上暴露出的所述Ge外延层上选择性外延一层厚度为20nm的Ge0.5Si0.5层。
本发明的工作原理及有益效果具体为：
Si衬底上制备弛豫Ge缓冲层相对成熟，也是最常见的方法是两步生长法。该方法先低温外延一薄层Ge，抑制由于大的晶格失配引起的岛状生长。之后再高温生长主体Ge外延层。与传统渐变缓冲层生长方法相比，该方法减小了渐变层厚度，并且使得Ge外延层表面粗糙度显著降低。
但是，两步生长法仍然无法解决Ge外延层中大量螺位错的出现，所以还常需要结合循环退火工艺以减小Ge外延层螺位错密度。然而，循环退火工艺只适用于几个微米厚度的Ge外延层，对于薄Ge外延层来说，会出现Si-Ge互扩问题。另外，循环退火工艺的引入在减小位错密度的同时，还会导致Ge/Si缓冲层表面粗糙度的增加。同时，该方法还存在工艺周期长，热预算高等缺点。
难以获得低位错密度Ge/Si虚衬底的本质是由于Si与Ge之间的失配位错大，界面位错缺陷在外延层逐渐增厚的过程中，会纵向延伸至Ge的表面，进而导致Ge/Si虚衬底晶体质量降低。因此，为了消除纵向外延产生的位错缺陷，可采用Ge/Si快速热融化再结晶的方法，横向释放Ge与Si之间的位错失配，进而为后续实现高质量的直接带隙Ge材料提供了有利条件。
此外，直接带隙Ge改性实现方法主要有施加高强度张应力和采用合金化的手段。依据理论计算，当对Ge所施加得双轴张应力达到约2.4GPa(相对应变张量约为1.7％～2.0％)时，GeΓ谷能级将低于L谷能级，成为导带底能谷能级。此时，Ge可由间接带隙转变成直接带隙材料。然而，目前常见外延技术工艺很难对Ge实现2.4GPa的双轴应力，工艺实现难度大。常见的工艺如Si衬底上先外延Ge，退火过程中再利用Si与Ge热膨胀系数不同，可使Ge外延层获得0.3％的拉伸应变，但仍无法使Ge转化为直接带隙材料，还需配合重掺杂才仅实现准直接带隙Ge材料。因此，可以利用晶格失配致应力原理，在刻蚀出的Ge四周选择性外延GeSi，将对中心区域Ge引入双轴张应力，可实现直接带隙Ge材料。
为此，请参见图2，图2为本发明实施例提供的一种激光再晶化工艺的示意图。先用磁控溅射工艺或者CVD工艺经两步法形成薄的Ge外延层，再用连续激光晶化横向释放Ge与Si之间的位错失配，从而减少外延层中由于晶格失配引起的位错，制备出品质优良的Ge/Si虚衬底。
请参见图3，图3为本发明实施例提供的一种激光再晶化装置的结构示意图；本发明的激光晶化过程可以使用808nm半导体激光器，也可以使用LIMO 806nm，140MWm-2激光器，装置如图3所示。激光通过全反射棱镜照向样品台，并通过凸透镜聚焦到样品上，从而防止了在受热过程中薄膜融化后的液体受重力影响而流动对结晶产生的影响。激光晶化时，步进电机带动样品台移动，使样品逐块晶化。
利用激光再晶化LRC技术辅助制备高质量虚Ge衬底，要求激光作用下虚Ge层温度至少达到熔点，且尽量靠近烧熔点，达到理想晶化的近完全熔融状态，保证Ge晶粒的后续完美结晶。同时，外延层下面的Si衬底层不能达到熔点，保证了激光晶化对衬底不产生影响。因此，确定合理的激光晶化相关工艺参数(如激光功率密度、移动速度等)，控制外延层温度分布，将是该工艺成败的关键。
请参见图4，图5，分别为Ge四周选择性外延GeSi俯视图和Ge四周选择性外延GeSi剖面图。图4中，d表示Ge面长度，L表示相邻Ge面之间的距离；图5中，t表示GeSi外延层厚度。有限元应变场分析法(FEM)表明(由于FEM法基于线性弹性理论，需要确定这些参数的比例而不是具体值)：GeSi外延层Ge组分取0.5，Si组分取值为0.5；当Ge0.5Si0.5外延层厚度t与Ge方形区域边长d的比值等于或大于1，且相邻Ge区域之间距离L与Ge方形区域边长之比在10以上时，可以产生相对应变张量约2％的(001)双轴张应变，进而实现直接带隙Ge。本发明取Ge0.5Si0.5外延层厚度为20nm，中心Ge区域边长为20nm，区域间距离L长度为200nm。此时可产生相对应变张量约2％的(001)双轴张应变，可实现直接带隙Ge材料。
本实施例，通过上述加工工艺，至少具备如下优点：
1)本发明以Si为衬底采用低温-高温两步生长法来制备Ge材料，避免了直接使用昂贵的Ge作为衬底，生产成本低；
2)本发明通过连续激光再晶化Ge/Si虚衬底，可有效降低Ge/Si虚衬底的位错密度。连续激光再晶化工艺选择性高，仅作用于Ge外延层，控制精确；同时与传统热退火工艺相比，仅一次激光再晶化即可达到目的，且晶化速度快，因而还具有工艺步骤简单，工艺周期短，热预算低的优点；
3)本发明利用Ge周围选择性外延GeSi引入张应力，制得的直接带隙Ge材料晶体质量高，且拉伸应变可以达到2.0％，能够使Ge应变层转变为直接带隙材料，大大增强其自发辐射效率，发光效率高，有利于光电子的应用；
4)本发明制备的直接带隙Ge材料载流子迁移率显著高于Si载流子迁移率，可应用于电子器件，工作速度高、频率特性好。
另外，需要强调说明的是，本发明的激光再晶化(Laser Re-Crystallization,简称LRC)工艺与激光退火(laser annealing)工艺有显著区别。激光退火工艺，属于热退火工艺范畴。其采用激光作为热源，仅对半导体进行加热处理，未产生相变过程。而本发明激光再晶化工艺处理过程中，半导体材料会发生两次相变--熔融液化而后再固相结晶。因而，此二者工艺在本质上有显著的区别。
实施例二
请参见图6a-图6i，图6a-图6i为本发明实施例提供的一种激光辅助再晶化Ge/Si虚衬底上直接带隙Ge的工艺示意图，在上述实施例的基础上，本实施例将较为详细地对本发明的工艺流程进行介绍。该方法包括：
S101、衬底选取。如图6a所示，选取一定厚度的单晶硅(Si)衬底片001为初始材料；
S102、外延层生长。如图6b所示，在275℃～325℃下在Si衬底上利用化学气相沉淀外延生长厚度为40-50nm的第一Ge籽晶层002；在500℃～600℃下，再利用化学气相沉淀在上述Ge层上外延生长厚度为150～250nm的第二Ge主体层003；
S103、保护层的制备。如图6c所示，利用化学气相淀积(CVD)的方法在表面淀积150nm的二氧化硅(SiO2)004；
S104、外延层的晶化。在图6c的基础上先将材料加热至700℃，然后连续激光晶化带有SiO2氧化层的Ge/Si虚衬底，其中激光波长为808nm，激光光斑尺寸10mm×1mm，激光功率为1.5kW/cm2，激光移动速度为25mm/s，而后使材料自然冷却。连续激光晶化使得Ge外延层的位错密度大大降低；
S105、保护层的刻蚀。如图6d所示，利用干法刻蚀工艺刻蚀图6c中的SiO2氧化层004，得到高质量的Ge/Si虚衬底；
S106、光刻，涂胶并选择区域曝光。如图6e所示，在中心保留边长为20nm的光刻胶区域005，四周的光刻胶被刻蚀掉；
S107、刻蚀Ge材料。如图6f所示，在CF4和SF6气体环境中，采用感应耦合等离子体(ICP)方法刻蚀Ge材料，中心区域由于光刻胶的抗刻蚀性，其下方Ge材料未被刻蚀，形成Ge台阶，刻蚀Ge台阶上表面的光刻胶005；
S108、淀积Si3N4材料。如图6g所示，在Ge材料上淀积一层Si3N4材料006，之后选择性刻蚀两侧Si3N4材料，保留中间区域的Ge材料上Si3N4材料006；
S109、选择性外延生长。如图6h所示，以锗烷、硅烷为气源，氢气作为载气，采用CVD工艺在暴露出的Ge衬底上选择性外延一层厚度为20nm的Ge0.5Si0.5层007；
S110、去除Si3N4。如图6i所示，在180℃条件下用热磷酸湿法刻蚀去除图6h中的Si3N4006。
实施例三
本发明实施例提供的一种激光辅助再晶化Ge/Si虚衬底上直接带隙Ge，包括：单晶Si衬底、Ge外延层及引入应力的Ge外延层周围的GeSi层；所述直接带隙Ge材料由上述实施例所述的方法制备形成。
综上所述，本文中应用了具体个例对本发明一种激光辅助再晶化Ge/Si虚衬底上直接带隙Ge及其制备方法的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，本发明的保护范围应以所附的权利要求为准。
Claims (10)
1.一种激光辅助再晶化Ge/Si虚衬底上直接带隙Ge的制备方法，其特征在于，包括：
S101、选取单晶Si衬底材料；
S102、在275℃～325℃温度下，利用CVD工艺在所述单晶Si衬底上生长40～50nm的第一Ge籽晶层；
S103、在500℃～600℃温度下，利用CVD工艺在所述第一Ge籽晶层表面生长150～250nm的第二Ge主体层；
S104、利用CVD工艺在所述第二Ge主体层表面上淀积150nm SiO2层；
S105、将包括所述单晶Si衬底、所述第一Ge籽晶层和所述第二Ge主体层及所述SiO2层的整个衬底材料加热至700℃，连续采用激光工艺晶化所述整个衬底材料，其中，激光波长为808nm，激光光斑尺寸10mm×1mm，激光功率为1.5kW/cm2，激光移动速度为25mm/s；
S106、自然冷却所述整个衬底材料；
S107、利用干法刻蚀工艺刻蚀所述SiO2层，形成Ge/Si虚衬底材料；
S108、在所述第二Ge主体层表面涂胶并选择区域曝光，在所述涂胶区域中心保留边长为20nm的光刻胶区域，刻蚀四周的光刻胶；
S109、在CF4和SF6气体环境中，采用感应耦合等离子体方法刻蚀所述光刻胶区域外的所述第二Ge主体层，形成Ge台阶，刻蚀所述Ge台阶上表面的光刻胶；
S110、在所述第二Ge主体层表面淀积一层Si3N4材料，选择性刻蚀所述Ge台阶两侧Si3N4材料，保留所述Ge台阶上表面的Si3N4材料；
S111、使用锗烷、硅烷为气源，氢气作为载气，利用CVD工艺在所述Ge/Si虚衬底上暴露出的所述第二Ge主体层上选择性外延一层厚度为20nm的Ge0.5Si0.5层；
S112、在180℃温度下，采用热磷酸湿法刻蚀去除所述第二Ge主体层表面的Si3N4材料，形成所述直接带隙Ge材料。
2.一种激光辅助再晶化Ge/Si虚衬底上直接带隙Ge，其特征在于，包括：单晶Si衬底、第一Ge籽晶层、第二Ge主体层及引入应力的GeSi层；所述直接带隙Ge材料由权利要求1所述的方法制备形成。
3.一种激光辅助再晶化Ge/Si虚衬底上直接带隙Ge的制备方法，其特征在于，包括：
选取Si衬底；
在所述Si衬底上生长Ge外延层；
加热整个衬底，并利用激光工艺对整个衬底进行晶化，所述激光工艺的参数包括：激光波长为808nm，激光光斑尺寸10mm×1mm，激光功率为1.5kW/cm2，激光移动速度为25mm/s；
冷却形成Ge/Si虚衬底材料；
在所述Ge外延层周围选择性外延GeSi材料，形成所述激光辅助再晶化Ge/Si虚衬底上直接带隙Ge。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述Si衬底上生长Ge外延层，包括：
在275℃～325℃下，在所述Si衬底表面生长第一Ge籽晶层；
在500℃～600℃下，在所述第一Ge籽晶层表面生长第二Ge主体层。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在生长所述Ge外延层之后，还包括：
在所述Ge外延层表面生长SiO2层；
相应地，冷却形成所述Ge/Si虚衬底材料，包括：
冷却包括所述SiO2层的整个衬底；
利用刻蚀工艺去除所述Ge外延层表面的所述SiO2层，形成所述Ge/Si虚衬底材料。
6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，加热整个衬底的温度为700℃。
7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述Ge外延层周围选择性外延GeSi材料，包括：
在所述Ge外延层表面形成光刻胶区域，刻蚀四周的光刻胶；
刻蚀所述光刻胶区域外的所述Ge外延层，形成Ge台阶，刻蚀所述Ge台阶上表面光刻胶；
在所述Ge外延层材料表面淀积一层Si3N4材料，选择性刻蚀所述Ge台阶两侧的所述Si3N4材料；
在所述Ge外延层上选择性外延Ge0.5Si0.5层；
在180℃温度下，采用热磷酸湿法刻蚀去除所述Ge外延层上的所述Si3N4材料。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，刻蚀所述光刻胶区域外的所述Ge外延层，包括：
在CF4和SF6气体环境中，采用感应耦合等离子体方法刻蚀所述光刻胶区域外的所述Ge外延层。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述Ge外延层上选择性外延Ge0.5Si0.5层，包括：
使用锗烷、硅烷为气源，氢气作为载气，利用CVD工艺在所述Ge/Si虚衬底上暴露出的所述Ge外延层上选择性外延一层厚度为20nm的Ge0.5Si0.5层。
10.一种激光辅助再晶化Ge/Si虚衬底上直接带隙Ge，其特征在于，包括：单晶Si衬底、Ge外延层及Ge外延层周围引入应力的GeSi层；所述直接带隙Ge材料由权利要求3～9任一项所述的方法制备形成。
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