Si1—xGex合金的浅杂质光电导谱

在４．２－５０Ｋ温度范围内研究了直拉法生长的富含Ｓｉ的Ｓｉ１－ｘ－Ｇｅｘ合金的浅杂质光电导谱，首次观察到了锗硅合金中从硼受主杂质基态到ｐ３／２价带的光电离跃迁过程及硼受主杂质的自旋－轨道分裂带相联系折光电导过程，并由此确定了硼杂质的电离能。     

GSMBE外延生长GeSi/Sip-n异质结二极管

用气态源分子束外延（ＧＳＭＢＥ）法生长了掺杂ＧｅｘＳｉ１－ｘ／Ｓｉ合金并试制了ｐ－ｎ异质结二极管,Ｘ射线双晶衍射和二极管Ｉ－Ｖ特性表明,ＧｅｘＳｉ１－ｘ／Ｓｉ合金的完整性与异质结界面的失配位错是影响异质结二极管反向漏电的主要原因．通过控制ＧｅｘＳｉ１－ｘ／Ｓｉ合金的组分及厚度,我们获得了较高质量的ＧｅｘＳｉ１－ｘ／Ｓｉｐ－ｎ异质结二极管材料,其反向电压为－５Ｖ时,反向漏电流密度为６．１μＡ／ｃｍ２．     

可调节势垒高度的Al／Si_（1—x）Gex肖特基接触

本文首次报道了Ａｌ／ｐ－Ｓｉ１－ｘＧｅｘ肖特基（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ）接触的制备与电学性质．Ｓｉ１－ｘＧｅｘ／Ｓｉ应变外延层采用快速加热、超低压化学气相淀积方法生长．实验表明，改变Ｇｅ组分ｘ的大小可以调节肖特基势垒高度．随着Ｇｅ组分的增大，肖特基势垒高度降低，其降低值与Ｓｉ１－ｘＧｅｘ应变层带隙的降低值相一致，界面上费米能级钉扎于导带下约０．４３ｅＶ处．文中还研究了ＳｉＧｅ合金层的应变弛豫以及Ｓｉ顶层对肖特基接触特性的影响．     

生长在GexSi1—x（001）衬底上的量子阱Si／GexSi1—x的电子能带结构

根据电子能带的畸变势常数计算了生长在ＧｅｘＳｉ－ｘ（００１）衬底上的量子阱Ｓｉ／ＧｅｘＳｉ１－ｘ的电子势垒高度随合金组分ｘ的变化情况，并用包络函数方法计算了不用合金组分ｘ时的量子阱的子能带结构，计算结果表明（００１）及（００１）导带底电子量阱处在Ｓ层，而其它四个导带底能谷的电子量子阱处在ＧｅｘＳｉ１－ｘ合金层，两类量子阱的电子势垒高度均随着衬底合金组分ｘ的增加而增加。     

As~＋注入Si_（1－x）Ge_x的快速退火行为

用二次离子质谱对Ａｓ＋注入Ｓｉ（１－ｘ）Ｇｅｘ的快速退火行为进行了研究．Ｓｉ（１－ｘ）Ｇｅｘ样品中Ｇｅ组分分别为ｘ＝０．０９，０．２７和０．４３．Ａｓ＋注入剂量为２×１０（１６）ｃｍ（－２），注入能量为１００ｋｅＶ．快速退火温度分别为９５０℃和１０５０℃，时间均为１８秒．实验结果表明，Ｓｉ（１－ｘ）Ｇｅｘ中Ａｓ的扩散与Ｇｅ组分密切相关，Ｇｅ组分越大，Ａｓ扩散越快．对于Ｇｅ组分较大的Ｓｉ１－ｘＧｅｘ样品，Ａｓ浓度分布呈现“盒形”（ｂｏｘ－ｓｈａｐｅｄ），表明扩散与Ａｓ浓度有关．Ｓｉ１－ｘＧｅｘ样品中Ａｓ的快     

生长在Si（001）衬底上的Ge_xSi_（1－x）合金的电子能带结构

采用紧束缚方法对生长在Ｓｉ（００１）衬底上的ＧｅｘＳｉ１－ｘ合金形变层的电子能带结构进行了计算，并与ＧｅｘＳｉ１－ｘ合金的能带结构进行了比较．计算结果表明，对大部分合金组分ｘ（０≤ｘ≤０．９），形变层的导带底处在△轴上；当ｘ≥０．９后，导带底处在Ｌ点．形变层的直接能隙Ｅｇ（）及间接能隙Ｅｇ（△）和Ｅｇ（Ｌ）都比同组分ｘ的合金小，其下降量随组分ｘ的增大而增大．形变层的价带顶自旋－轨道分裂值△ｓ。也比相同组分的合金大，其增大值也随合金组分的增加而增加．     

生长在Ge_xSi_（1－x）（001）衬底上应变GaAs层的光学性质

采用紧束缚方法计算了生长在ＧｅｘＳｉ１－ｘ（００１）衬底上的应变ＧａＡｓ层带间光跃迁的振子强度以及三次非线性光极化率，讨论了振子强度及三次非线性光极化率随衬底合金组分ｘ的变化关系。计算结果表明：对所有ｘ值，及随ｘ的变小而变小；及随ｘ的变小而变大。对ｎ型ＧａＡｓ／ＧｅｘＳｉ１－ｘ（００１），应变使和变小；对ｐ型ＧａＡｓ／ＧｅｘＳｉ１－ｘ（００１），应变使变大，但使变小。     

生长在Ge_xSi_（1－x）（001）衬底上的量子阱Si／Ge_xSi_（1－x）的电子能带结构

根据电子能带的畸变势常数计算了生长在ＧｅｘＳｉ１－ｘ（００１）衬底上的量子阱Ｓｉ／ＧｅｘＳｉ１－ｘ的电子势垒高度，讨论了电子势垒高度随合金组分ｘ的变化情况。并用包络函数方法计算了不同合金组分ｘ时的量子阱的子能带结构。计算结果表明［００１］及［００１］导带底电子量子阱处在Ｓｉ层，而其它四个导带底能谷的电子量子阱处在ＧｅｘＳｉ１－ｘ合金层。两类量子阱的电子势垒高度均随着衬底合金组分ｘ的增加而增加。     

1.3μm和1.55μm Si_(1-x)Ge_x波长信号分离器与Si_(1-x)Ge_x/Si应变超晶格探测器的集成

对１．３μｍ和１．５５μｍ波长的Ｓｉ１－ｘＧｅｘ波长信号分离器（ＷＳＤ）和Ｓｉ１－ｘＧｅｘ／Ｓｉ应变超晶格（ＳＬＳ）红外探测器的集成结构进行了系统的分析和优化设计．优化结果为：（１）对Ｓｉ１－ｘＧｅｘＷＳＤ，Ｇｅ含量ｘ＝０．０５．波导的脊高和腐蚀深度分别为３μｍ和２．６μｍ．对应于λ１＝１．３μｍ和λ２＝１．５５μｍ波长的波导脊宽分别为１１μｍ和８．５μｍ．（２）对Ｓｉ１－ｘＧｅｘ／ＳｉＳＬＳ探测器，Ｇｅ含量ｘ＝０．５．探测器的厚度为５５０ｎｍ，由２３个周期的６ｎｍＳｉ０．５Ｇｅ０．５＋１７ｎｍＳｉ组成．     

生长在GexSi1—x（001）衬底上应变GaAs层的光学性质

采用紧束缚方法计算了生长在ＧｅｘＳｉ１－ｘ（００１）衬底上的应变ＧａＡｓ层带间光跃迁的振子强度以及三次非线性光极化率，讨论了振子强度及三次非线性光极化率随衬底合金组分Ｘ的变化关系，计算结果表明，对所有Ｘ值，ｆｈｃ＝０，ｆＨＣ，ｆＬＣ及ｆＳＣ随Ｘ的变小而变小，ｆＬｃ及ｆＳｃ随Ｘ的变小而变大。对ｎ型ＧａＡｓ／ＧｅｘＳｉ１－ｘ（００１），应变使Ｘｘｘｘｘ变小，对ｐ型ＧａＡｓ／ＧｅｘＳｉ１－ｘ（００１）应     

P型Si_（1－x）Ge_x应变层中重掺杂禁带窄变的计算

本文提出了应变Ｓｉ１－ｘＧｅｘ价带结构的等价有效简并度模型．借助这个模型，计算了赝晶生长在（１００）Ｓｉ衬底上的Ｐ型Ｓｉ１－ｘＧｅｘ应变层的重掺杂禁带窄变，发现当杂质浓度超过约２～３×１０１９ｃｍ－３后，它在某一Ｇｅ组分下得到极大值，而当掺杂低于此浓度时，它则随Ｇｅ组分的增加单调下降．与实验报道的对比证实了本模型的有效性．     

应变p型Si1—xGex层中补偿浅能级杂质的低温陷阱效应

研究了ｐ型Ｓｉ１－ｘＧｅｘ应变层中补偿浅能级杂质（Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ）的低温陷阱效应。研究发现，１）三种补偿浅能杂质Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ相比较，Ｓｂ的陷阱效应最小，Ａｓ的最大；２）Ｇｅ组份ｘ越大，低温陷阱效应越小；３）补偿浅能级杂质浓度ＮＤ越大，低温陷阱效应越显著，温度越低，陷阱作用越明显。     

1.55μmSi_(1-x)Ge_x/Si光开关与光探测器集成的分析及设计

对１．５５μｍ波长的Ｓｉ１－ｘＧｅｘ光波导开关和Ｓｉ１－ｘＧｅｘ／Ｓｉ红外探测器的集成结构进行了系统的理论分析和优化设计。设计结果为：（１）对Ｓｉ１－ｘＧｅｘ光开关，Ｇｅ含量ｘ＝０．０５，波导的内脊高、脊宽和腐蚀深度分别为３，８．５和２．６μｍ，分支角为５～６°。要实现对１．５５μｍ波长光的开关作用，ｐｎ＋结上所需加的正向偏压值应为０．９７Ｖ；（２）对Ｓｉ１－ｘＧｅｘ／Ｓｉ探测器，Ｇｅ含量ｘ＝０．５，探测器由２３个周期的６ｎｍＳｉ０．５Ｇｅ０．５和１７ｎｍＳｉ交替组成厚度为５５０ｎｍ，长度约为１．５～２ｍｍ的超晶格，内量子效率达８０％以上。     

As＋注入Si1—xGex的快速退火行为

用二次离子质谱对Ａｓ＋注入Ｓｉ１－ｘＧｅｘ的快速退火行为进行了研究，Ｓｉ１－ｘＧｅｘ样品中Ｇｅ组分分别为ｘ＝０．０９，０．２７和０．４３，Ａｓ注入剂量为２×１０＾１６ｃｍ＾－２，注放能量为１００ｋｅＶ，快速退火温度分别为９５０℃和１０５０℃，时间均为１８秒，实验结果表明，Ｓｉ２－ｘＧｅｘ样品，Ａｓ浓度分布呈组分密切相关，Ｇｅ组分越大，Ａｓ扩散越快，对于Ｇｅ组分较大的Ｓｉ１－ｘＧｅｘ样吕，Ａｓdispla     

生长在Si（001）衬底上的GexSi1—x合金的电子能带结构

采用紧束缚方法对生长在ＳＩ（００１）衬底上的ＧｅｘＳｉ１－ｘ合金形变层的电子能带结构进行了计算，并与ＧｅｘＳｉ１－ｘ合金的能带结构进行了比较。计算结果表明，对大部分合金组分ｘ，形变层的导带底片在△轴上；当ｘ≥０。９后，导带底处在Ｌ点。形变层直接能隙Ｅｇ及间接能隙Ｅｇ和Ｅｇ都比同组分ｘ的合金小，其下降量随组分ｘ的增大而增大。形变层的价带顶自旋－轨道分裂值△ｓｏ也比相同组分的合金大，其增大值也随合金组     

p型Si1—xGex应变层中重掺杂禁带窄带的计算

针对应变Ｓｉ１－ｘＧｅｘ的应变致价带分裂和重掺杂对裂值的影响，提出了该合金价带结构的等价有效简并度模型。模型中考虑了非抛物线价带结构。应用这个模型，计算了赝晶生长在〈１００〉Ｓｉ衬底上的ｐ型Ｓｉ１－ｘＧｅｘ应变层的重掺杂禁带窄带，发现当杂质浓度超过约２￣３×１０＾１９ｃｍ＾－３后，它在某一Ｇｅ组分下得到极大值，而当掺杂低于此浓度时，它则随Ｇｅ组分的增加单调下降。与实验报道的对比证实了本模型的有效性     

生长在Si（001）衬底上的应变合金Ge_xSi_（1－x）的价带电子能带结构

采用经验的紧束缚方法，对生长在Ｓｉ（００１）衬底上的应变合金ＧｅｘＳｉ１－ｘ。的价带结构进行了计算．并与相应组分的体合金的价带结构进行了比较．当考虑应变对电子能带的影响时，采用了经验的标度定则．这里的标度指数根据对Ｇｅ、Ｓｉ的畸变势常数实验值的拟合而决定．文中给出了应变合金及体合金的三支价带沿Ｌ－Γ－Ｘ方向的色散关系，Γ点价带顶能级、自旋－轨道互作用分裂值△ｓｏ及轻、重空穴能级在应变下的分裂值△ｈｌ随合金组分Ｘ的变化关系，三支价带顶的等能面，以及三支价带的空穴有效质量随合金组分Ｘ的变化关系．     

应变Si_（1－x）Ge_x层本征载流子浓度和有效态密度的解析计算

计算了应变Ｓｉ１－ｘＧｅｘ层的本征载流子浓度及导带和价带有效态密度。用解析方法研究了它们与Ｇｅ组分ｘ和温度Ｔ的依赖关系。发现随Ｇｅ组分ｘ的增加，导带和价带有效态密度随之快速减小，而本征载流于浓度却随之而近乎指数式地增加。而且，温度Ｔ越低，导带和价带有效态密度随Ｇｅ组分ｘ的增加而减小得越快，而本征载流于浓度上升得越快。同时还发现，具有大Ｇｅ组分ｘ的应变Ｓｉ１－ｘＧｅｘ层，其用Ｓｉ相应参数归一化的导带和价带有效态密度及它们的积对温度Ｔ的依赖关系弱，而具有小Ｇｅ组分ｘ的应变Ｓｉ１－ｘＧｅｘ层，上述归一化参数对温度Ｔ的依赖关系强，这和目前仅有的文献［８］中，它们与温度依赖关系的定性研究结果相一致。     

气态源分子束外延GeSi合金中的低温生长动力学研究

用气态源分子束外延（ＧＳＭＢＥ）法研究了ＧｅｘＳｉ１－ｘ合金的低温（≤５００℃）生长动力学问题，所使用的源分别是乙硅烷和固态锗．在恒定的乙硅烷流量（４ｓｃｍ）Ｇｅ源炉温度（１２００℃）下，合金中的Ｇｅ组分ｘ随衬底温度的降低而升高；另一方面，当衬底温度（５００℃）和乙硅烷流量（４ｓｃｍ）保持恒定时，合金中的Ｇｅ组分ｘ最初随Ｇｅ源炉温度的升高而增大，当Ｇｅ源炉温度升高到一定值以上时，ｘ值不再随Ｇｅ源炉温度的升高而增大，而趋向于饱和在０．４５附近．基于乙硅烷及Ｈ原子在Ｓｉ原子和Ｇｅ原子表面上不同的吸附和脱附过程     

P^＋—GexSi1—x／p—Si异质结红外探测器性能的提高

通过采用层叠结构、增加ＳｉＯ２介质腔和铝反射镜、背面蒸镀ＳｉＯ抗反射层等措施，使Ｐ＾＋－ＧｅｘＳｉ１－ｘ／ｐ－Ｓｉ异质结内光发射红外探测器在７７Ｋ下的性能提高到在不加偏置电压的条件下响应范围２￣８μｍ，Ｄ（５．５，１０００，１）＾＊＝１．１×１０＾１０ｃｍＨｚ＾１／２／Ｗ，量子效率可达４％。其Ｄｐ＾＊已达到实用的ＰｔＳｉ红外探测器的量级。另外，在器件的结构设计中，我们采用了一种改进的电极结构，以提