米乐m6官方网站纳米电子研究所（所长：金丸诚吾；所长：野间口保）新材料与器件集成组的安田哲二（组长）、前田龙郎（高级研究员）、板谷太郎（高级研究员）等人已开发出锗（Ge）平台的制造技术与住友化学株式会社（Sumitomo Chemical；社长：Masakazu Tokura）合作开发基板。

这项研究利用了 AIST 的基板粘合和器件制造技术以及住友化学的晶体生长技术的优势。为了实现高质量Ge平台衬底的实际应用，开发了三项技术：（1）在砷化镓（GaAs）衬底上外延生长高质量Ge和砷化铝（AlAs）层的技术； (2)采用外延剥离法的薄膜Ge层剥离技术； (3)将高质量薄膜Ge层粘合到任意基板上的技术。

所开发的技术有望通过结合电子学和光子学，为基于Ge的新器件的开发和功能集成做出贡献。

这项技术的详细信息将于 2011 年 9 月 28 日至 30 日在日本名古屋举行的 2011 年国际固态器件和材料会议 (SSDM 2011) 上公布。

玻璃基板（18 x 18 毫米）上的高质量单晶锗薄膜（10 x 10 毫米）

Ge 用作光子器件和高效太阳能电池的材料。此外，最近正在进行积极的研究工作，以利用Ge作为后硅高性能晶体管中有前途的沟道材料，并且Ge作为融合电子和光子学的新平台衬底材料也引起了人们的关注。由于单晶Ge衬底昂贵且易碎，因此强烈需要由廉价且易于处理的材料（例如硅、玻璃和塑料）制成的衬底上的高质量单晶Ge层。

AIST和住友化学自2008年以来一直致力于开发混合半导体技术，并进行了基础研究，以将硅基高性能半导体芯片与具有多种光子材料功能的Ge和III-V半导体器件融合。适合集成各种器件功能的平台基板。

图1显示了新开发的Ge平台衬底制造方法。首先，在GaAs或Ge衬底上外延生长高质量Ge层(Epi-Ge)，并在Ge层和衬底之间外延生长AlAs层。由于Ge、GaAs和AlAs良好的晶格匹配，可以很容易地获得高质量的单晶Ge层（图1（a））。接下来，将具有高质量Ge层的基板与硅、透明玻璃或塑料等任意基板接合（图1（b））。然后，通过用氢氟酸（HF）基溶剂选择性地溶解AlAs层来剥离GaAs或Ge衬底（图1（c））。最终，高质量的薄膜Ge层被转移到任意基板上（图1（d））。这种方法称为外延剥离（ELO）方法，其优点是昂贵的GeAs（Ge）衬底在剥离后可以重复使用（图1（a）'）。

图1：高质量Ge层的转移方法

图2显示了转移到透明玻璃基板和柔性塑料基板上的高质量Ge层的示例。 Ge层面积为10mm x 10mm，足够大用于制造和集成各种芯片和器件。此外，还转移了图案在100微米或更精细水平的高质量Ge层（图3）。这些结果表明，Ge ELO技术使我们能够在任何基板、任何位置、任何图案上获得高质量的Ge层。

图 2：塑料基板上的高质量单晶 Ge 层（左） 和透明玻璃基板（右）

图3：微加工高质量单晶Ge霍尔图案的转移

除了转移高质量的Ge层外，所开发的技术还可以用于转移Ge基器件。图4显示了转移到玻璃基板上的栅极长度为4μm的Ge晶体管的特性和照片。生长的Ge层显示出足以实现良好器件操作的质量，并且即使在转移到玻璃基板后电特性也不会改变，揭示了作为器件转移技术的有效性。该技术可用于在生长基板上制造各种器件，例如Ge晶体管和Ge基太阳能电池，并根据需要在任意基板上排列多层器件，从而实现与传统器件的集成和混合。

图4：栅极长度为4 µm的Ge晶体管转移到玻璃基板上的电气特性和照片

各种Ge基器件目前应用于广泛的领域。所开发的Ge ELO技术将通过为各种衬底提供高质量的单晶Ge层和可转移的Ge器件来创造Ge基器件的新应用。该技术还将有助于前所未有的集成，例如将电子和光子器件融合到单个芯片中，以及减轻太阳能电池的重量。将来，将提供用于这些应用的 Ge 平台基板。