组份线性渐变SiGe缓冲层的生长及其表征

采用阶跃式GeH4流量增加和温度降低的方法,在超高真空化学气相淀积系统中生长了线性渐变组份的SiGe缓冲层,并在其上生长出了驰豫的Si0.68Ge0.32外延层.俄歇电子能谱证实缓冲层Ge组份呈线性渐变.Raman散射谱得出上表层应变驰豫度为32%,与X射线双晶衍射结果符合得很好.腐蚀的样品观察到沿两个〈110〉方向规律性分布、大小和螺旋走向完全一致的位错团密度约为5×107/cm2.分析了位错团产生的原因.     

硅基IV族光电器件研究进展(二)——光电探测器

基于Ge、GeSn等IV族材料的硅基探测器与Si CMOS工艺兼容性好,成本低廉,并且易于与硅基波导器件集成,因而具有非常重要的应用价值。介绍了中国科学院半导体研究所在相关硅基IV族合金材料外延制备及相关器件方面的研究,重点介绍在硅基Ge面入射探测器、波导型探测器、吸收电荷倍增分离型(SACM)结构雪崩光电探测器以及GeSn光电探测器方面的一些研究进展。     

硅基有序截锥短纳米线的陷光特性

高效陷光是提高薄膜太阳电池效率的重要因素。本文利用周期性的截锥Si纳米线结构获得了宽光谱的高效陷光,其陷光机制借助FDTD solution软件进行了分析。利用图形衬底和选择性外延技术,先在硅衬底上生长出传统的周期性圆柱状硅纳米结构,长度为200nm,直径为80nm;之后利用热氧化技术,制备出可控的截锥纳米线结构,长度为140nm时,其在300-900nm的平均反射率低于5%。这表明有序截锥短纳米线具有良好的宽光谱减反特性,可应用于径向纳米线太阳电池的制备。     

硅基锗材料的外延生长及其应用

硅是最重要的半导体材料,在信息产业中起着不可替代的作用。但是硅材料也有一些物理局限性,比如它是间接带隙半导体材料,它的载流子迁移率低,所以硅材料的发光效率很低,器件速度比较慢。在硅衬底上外延生长其它半导体材料,可以充分发挥各自的优点,弥补硅材料的不足。本文介绍了硅衬底上的锗材料外延生长技术进展,讨论了该材料在微电子和光电子等方面的可能应用,重点介绍了它在硅基高速长波长光电探测器研制方面的应用。     

外延生长Ge1-xSnx合金的研究进展

Ge1-xSnx是一种新型的Ⅳ族材料,具有广阔的应用前景,但是其生长存在许多困难,尤其是Sn易于分凝.采用离子轰击和快速变温等方法可以有效地抑制Sn的分凝,但是所生长的材料的热稳定性都比较差.采用化学气相沉积法获得了较高质量的Ge1-xSnx合金,但是所用的Sn气体源难以获得.综述了Ge1-xSnx合金外延生长的研究进展.     

Si1-x-yGexCy三元系材料的应变补偿特性

研究了Si1-x-yGexCy三元系材料的应变补偿特性,分析了固相外延方法制备的样品中注入离子的分布对应变补偿效果的影响,指出由于Ge和C的投影射程及标准偏差不同,二者在各处的组分比并不恒定,存在着纵向分布,因此各处的应变补偿情况也不尽相同．利用高斯公式对不同位置的应变补偿效果进行了分析,得出了外延层中存在应变完全补偿区域时Ge、C的峰值浓度比NGe/NＣ应满足一定的取值范围．通过制备不同C组分的样品对上述结论进行了验证,得出的结果与理论预言基本相符．     

500℃下利用UHV/CVD在Si衬底上直接生长近平面Si0.5Ge0.5层

利用UHV/CVD系统,在一个相对较低的温度500℃下,研究了Si1-xGex层中的Ge含量与生长条件之间的关系,此时的Si1-xGex层处于一种亚稳的状态.并直接在Si衬底上生长制备了10个周期的3.0 nm-Si0.5Ge0.5/3.4 nm-Si多量子阱.拉曼谱、高分辨显微电镜和光荧光谱对其结构和光学性能进行的表征表明这种相对较厚的Si0.5Ge0.5/Si多量子阱结构基本上仍是近平面生长的,内部没有位错,其在电学和光学器件上具有潜在的应用.     

B在SiGe中的应变补偿作用

用超高真空化学气相淀积方法生长出不同硼(B)掺杂浓度的应变SiGe合金材料,研究了B对SiGe合金的应变补偿作用.结果表明,B的掺入使SiGe的应变减小,B对Ge的应变补偿率为7.3,即平均掺入1个B原子可以补偿7.3个Ge原子引起的应变.同时获得B的晶格收缩系数为6.23×10-24cm3/atom.     

基于稀释波导的InP衬底上高耦合效率、低偏振敏感度1.55μm波长光纤-波导耦合器

研究了一种用于边入射型探测器的InP基高效光纤-波导耦合器.它由10个周期的未掺杂120nm InP/80nm InGaAsP(1.05μm带隙)多层膜组成的稀释波导构成.采用半矢量三维束传播(BPM)方法以及中心差分格式,模拟了不同条件下的光纤-波导耦合效率,从而得到了最优耦合条件.对于TE偏振和TM偏振模,计算所得到的最高耦合效率分别为94%和92%.同时,计算表明,此类基于稀释波导的光纤-波导耦合器具有高偏振不敏感性,偏振敏感度低于0.1dB.     

弛豫SiGe衬底上SiGe/Si Ⅱ型量子阱

采用UHV/CVD系统,在Si衬底上生长了具有渐变Si1-xGex缓冲层结构的弛豫Si0.76Ge0.24虚衬底和5个周期的Si0.76Ge0.24/Si多量子阱.在渐变Si1-xGex缓冲层生长过程中引入原位退火,消除了残余应力,抑制了后续生长的SiGe中的位错成核.透射电子显微照片显示,位错被有效地限制在组份渐变缓冲层内,而SiGe上层和SiGe/Si量子阱是无位错的.在样品的PL谱中,观察到跃迁能量为0.961eV的Ⅱ型量子阱的无声子参与(NP)发光峰.由于Ⅱ型量子阱中电子和空穴不在空间同一位置,较高光功率激发下引起的高浓度载流子导致能带弯曲严重.NP峰随激发功率增加向高能方向移动,在一定激发条件下,电子跃迁或隧穿至弛豫SiGe层弯曲的导带底后与处于同一位置的空穴复合发光,所以NP峰积分强度随光激发功率先增加后减小.