SOI基外延纯Ge材料的生长及表征

利用超高真空化学气相沉积系统采用低温-高温两步法外延Ge材料.我们先在低温下生长硅锗作为过渡缓冲层利用其界面应力限制位错的传播,然后在低温下生长的纯锗层,接着高温生长纯锗,最后在SOI基上成功的外延出了高质量的纯锗层,测试结果表明厚锗层的晶体生长质量很好,芯片表面也很平整,表面粗糙度5.5nm.     

Si基多量子阱SiGe/Si波导光电探测器的制备和研究

采用分子束外延MBE技术,在Si衬底上外延 高质量的20周期SiGe/Si多量子阱(MQW)层;以SiGe/Si MQW材料作 为吸收区,在Si基上制备波导型PIN光电探测器;金 属Al制作在器件的台面上下,形成金属-半导体肖特基接触。测试结果表明,器件在－2V偏压 下,对台面面积为7500μm²,暗电流为0.1μA;在0V偏压下,探测器的光响应谱的吸收 峰值为1008nm,并可以观察到随着吸收长度的 增大,响应信号也随之增大。     

β-FeSi2材料的生长、性质及其在光电子器件中的应用

过渡金属硅化物β-FeSi2是具有直接带隙特性的半导体材料，禁带宽度约0．8eV，是制作硅基光电子光源及探测器件以及太阳能电池，热电器件等最有发展前景的硅基材料之一。目前，已经用多种方法在硅衬底上进行了薄膜外延生长及器件制作的尝试，取得了一定的成功。文中就近年来β-FeSi2薄膜材料的生长，性质以及在光电子器件中的应用进行了评述。     

High-performance Ge p-i-n photodetector on Si substrate

The temperature characteristics of near infrared surface plasmon resonance(SPR) sensors with Kretschmann configuration are studied theoretically and experimentally. The experimental results match with the numerical simulations in the temperature range from 10 °C to 40 °C. With the increase of temperature, the resonance angle for gas increases slightly, but that for aqueous solution decreases obviously. No matter the dielectric layer is gas or aqueous solution, the resonance peaks are both broadened.     

Si基Ge波导光电探测器的制备和特性研究

以外延Ge薄膜为吸收区,在Si基上制备了Ge波导光电探测器。利用超高真空化学汽相淀积(UHV/CVD)设备,采取低温高温两步法,在Si(100)衬底上外延出厚度约为500nm的高质量纯Ge层。探测器采用脊型波导结构,Al电极分别制作在波导的台面上下形成背对背肖特基结。I-V特性测试表明,在-1V偏压下,暗电流密度为0.2mA/cm2。由于Si与Ge热失配引起外延的Ge薄膜受到0.2%张应变,减小了Ge带隙,光响应波长范围扩展到1.60μm以上。在70mW、1.55μm入射光照射下,测得光电流比暗电流高出近1个数量级。     

Resonant cavity enhanced photoluminescence of tensile strained Ge/SiGe quantum wells on silicon-on-insulator substrate

The tensile strained Ge/SiGe multiple quantum wells （MQWs） grown on a silicon-on-insulator （SOI） substrate were fabricated successfully by ultra-high chemical vapor deposition. Room temperature direct band photoluminescence from Ge quantum wells on SOI substrate is strongly modulated by Fabry-Perot cavity formed between the surface of Ge and the interface of buried SiO2. The photoluminescence peak intensity at 1.58 μm is enhanced by about 21 times compared with that from the Ge/SiGe quantum wells on Si substrate, and the full width at half maximum （FWHM） is significantly reduced. It is suggested that tensile strained Ge/SiGe multiple quantum wells are one of the promising materials for Si-based microcavity lijzht emitting devices.     

硅基波导共振增强型光电探测器的设计与模拟

SiGe是间接带隙材料,吸收系数非常小,因而SiGe探测器在红外波段的量子效率很低.本文提出一种新型的探测器结构,即波导共振增强型光电探测器,该器件主要由两个介质布拉格反射镜和波导吸收区构成,器件尺寸较传统波导型探测器大为减小,吸收区的长度不受SiGe临界厚度的限制,实现了量子效率和响应速度的优化.本文在数值模拟的基础上,对器件结构进行了优化设计,结果表明7.6μm长的波导探测器可以得到20%以上的量子效率.     

金属Al与半导体Ge欧姆接触的制备和表征

基于圆形传输线模型,通过测试样品的比接 触电阻率和电流-电压(I-V)特性曲线,分析 对比了Al与Si基上外延生长的p型Ge、n型Ge和n型Si的接触特性。实验结果发现,由于金 属与Ge材料接触存在强烈的费米钉效应,导致金属与n型Ge接触有高的接触电阻,难实 现低的比接触电阻率;而Al与p型Ge在掺杂浓度为4.2×10¹⁸ cm－3时,并且经过退火,比接 触电阻率能达到4.0×10－7 Ω·cm²;Al与n型Ge和n型Si接 触电极相比,后者可形成良好的 欧姆接触,其比接触电阻率较n型Ge接触降低了1个量级,经合金化处理后的Al/n⁺Si接触 电阻率能达到5.21×10－5 Ω·cm²,达到了制作高性能Ge 光电器件的要求。     

Si基Ge波导共振腔增强型光电探测器的制备和特性研究

采用低温缓冲层技术,在硅(Si)衬底上生长了质量 优良的锗(Ge)薄膜。Ge层受到由于Si和Ge热膨胀系数不同引入张应变,大小约为0. 16%。以 外延的Ge层作为吸收区,前后以Ge/空气作为分布布拉格反射镜(DBR),在Si基上制备波导共 振腔增强 型(RCE)光电探测器。测试表明,器件在－1V偏压下,暗电流密度为14.9mA/cm²;在零偏压下, 器件的响应光谱在1.3~1.6μm波长范围内观察到4个共振增强峰,分 别位于1.35、 1.50μm,光响应波长范围扩展到1.6μm以上,采用传输矩阵法模拟的 响应光谱与实验测得结果近似吻合;在1.55μm入射光的照射下,测 得光响应度为21.4mA/W。     

硅基波导共振增强型光电探测器的设计与模拟

SiGe是间接带隙材料,吸收系数非常小,因而SiGe探测器在红外波段的量子效率很低.本文提出一种新型的探测器结构,即波导共振增强型光电探测器,该器件主要由两个介质布拉格反射镜和波导吸收区构成,器件尺寸较传统波导型探测器大为减小,吸收区的长度不受SiGe临界厚度的限制,实现了量子效率和响应速度的优化.本文在数值模拟的基础上,对器件结构进行了优化设计,结果表明7.6μm长的波导探测器可以得到20%以上的量子效率.