Si/SiGe量子级联激光器研究进展

Si／SiGe量子级联激光器是一种新型的带内跃迁的红外光源，突破了Si基材料间接带隙特性对光跃迁的限制。Si/SiGe量子级联激光器的开发将为实现太赫兹有源器件的硅基集成产生深远影响。文章介绍了Si/SiGe量子级联激光器的工作原理，以及这类激光器在能带设计、材料生长和波导制作方面的最新进展。     

重掺B对应变SiGe材料能带结构的影响

硅锗异质结双极晶体管(SiGe HBT)一般以重掺硼(B)的应变SiGe层作为基区.精确表征SiGe材料能带结构对SiGe HBT的设计具有重要的意义.在应变SiGe材料中，B的重掺杂一方面会因为重掺杂效应使带隙收缩，另一方面，B的引入还会部分补偿Ge引起的应变，从而改变应变引起的带隙变化.在重掺B的应变SiGe能带结构研究中，采用半经验方法，考虑了B的应变补偿作用对能带的影响，对Jain-Roulston模型进行修正，并分析了重掺杂引起的带隙收缩在导带和价带的分布.     

Si基长波长GeSiHPT探测器的研制

随着波分复用技术的发展，成本低廉，易与Si基微电子集成电路集成的长波长探测器越来越受到人们的重视。Si1-kGek/Si量子阱材料在1.3μm石英光纤波段有着明显的响应。但是由于SiGe材料间接带隙结构，吸收系数小，SiGe探测器的应用受到限制。由于（heterojunction phototransistor异质结光敏晶体管）HPT具有内部增益，SiGeHPT有望得到广泛应用。本文在国内首次报道了利用自己研制的UHV-CVD生长的SiGeHPT。在该结衍射和TEM进行表征，并且制作了原型器件，器件的光电流谱表明器件在5V偏压下在1.3μm波段响应度达1mA/W，光增益约为10。同时我们设计了SOR上面的RCEHPT，并进行光电响应模拟，模拟表明RCE HPT的量子效率可达8%，增加吸收区材料Ge组分到0.5，量子效率可提高到30%，半高度为1.5nm，适应光通讯的要求。     

氧化SiGe/Si多量子阱制备Si基SiGe弛豫衬底

SiGe弛豫衬底是制备高性能Si基SiGe光电子器件的基础平台。本文通过1050℃不同时间氧化SiGe/SiMQW材料,分析氧化过程中Ge组分、弛豫度的变化趋势,制备位错密度低、表面平整、弛豫度超过60%的Si基Si0.75Ge0.25缓冲层。     

锗硅/硅异质结材料的化学气相淀积生长动力学模型

基于化学气相淀积(CVD)的Grove理论和Fick第一定律,提出并建立了锗硅(SiGe)/硅(Si)异质结材料减压化学气相淀积(RPCVD)生长动力学模型.与以前锗硅/硅异质结材料生长动力学模型仅考虑表面反应控制不同,本模型同时考虑了表面反应和气相传输两种控制机理,并给出了两种控制机理极限情况下的模型.本模型不仅适用于低温锗硅/硅应变异质结材料生长的表征,也适用于表征高温锗硅/硅弛豫异质结材料生长的表征.将模型计算值与实验结果进行了对比,无论是625℃低温下的应变SiGe的生长,还是900℃高温下的弛豫 关键词： SiGe/Si异质结材料 化学气相淀积生长动力学模型 Grove理论 Fick第一定律     

应变Si/(001)Si1-xGex空穴有效质量各向异性

基于应变Si/（001）Si_1-xGe_x材料价带E（k）-k关系模型,研究获得了其沿不同晶向的空穴有效质量.结果表明,与弛豫材料相比,应变Si/（001）Si_1-xGe_x材料价带带边（重空穴带）、亚带边（轻空穴带）空穴有效质量在某些k矢方向变化显著,各向异性更加明显.价带空穴有效质量与迁移率密切相关,该研究成 关键词： 应变Si 价带 空穴有效质量     

应变Si1-xGex能带结构研究

采用结合形变势理论的K.P微扰法建立了（001）,（101）和（111）面弛豫Si衬底上生长的应变Si_1-xGe_x（x≤0.5）的能带结构模型,获得了其导带带边能级、价带带边能级、导带劈裂能、价带劈裂能及禁带宽度随Ge组分（x）的函数变化关系,该量化数据对器件研究设计可提供有价值的参考． 关键词： 1-xGe_x')" href="#">应变Si_1-xGe_x K.P 法 能带结构     

pn结电容-电压法测量应变SiGe禁带宽度

利用应变SiGe/Si异质pn结电容-电压（C-V）特性确定SiGe禁带宽度的技术.该技术根据SiGe/Si异质pn结C-V实验曲线，计算出 pn结接触电势差，并得到SiGe/Si的价带偏移量和导带偏移量，进而求得SiGe禁带宽度.该技术测试方法简便，其过程物理意义清晰，既适用于分立的SiGe/Si异质pn结，也可直接分析SiGe/Si异质结器件中的SiGe 禁带宽度.实验结果与理论计算及其他相关文献报道的结果符合较好. 关键词： SiGe/Si 异质pn结 C-V 禁带宽度     

应变Si沟道nMOSFET阈值电压模型

在研究分析弛豫SiGe衬底上的应变Si 沟道nMOSFET纵向电势分布的基础上,建立了应变Si nMOSFET阈值电压模型,并利用该模型对不同的器件结构参数进行仿真,获得了阈值电压与SiGe层掺杂浓度和Ge组分的关系、阈值电压偏移量与SiGe层中Ge组分的关系、阈值电压与应变Si层掺杂浓度和厚度的关系. 分析结果表明：阈值电压随SiGe层中Ge组分的提高而降低,随着SiGe层的掺杂浓度的提高而增大;阈值电压随应变Si层的掺杂浓度的提高而增大,随应变Si层厚度增大而增大. 该模型为应变Si 器件阈值电压设计 关键词： 应变硅 阈值电压 电势分布 反型层     

Si组分对SiGe量子点形状演化的影响

研究了自组织生长SiGe岛（量子点）中Si组分对形状演化的影响.采用UHV/CVD方法生长了 不同Si组分的SiGe岛，用AFM对其形状和尺寸分布进行了分析，实验结果表明SiGe岛从金字 塔形向圆顶形转变的临界体积随Si组分的增大而增大.通过对量子点能量的应变能项进行修正，解释了量子点中Si组分对形状演化的影响.在特定的工艺条件下得到了单模尺寸分布的 金字塔和圆顶形量子点.结果表明，通过调节SiGe岛中的Si组分，可以实现对SiGe岛形状和 尺寸的控制. 关键词： 自组织生长SiGe岛 Si组分 临界体积     

Oxidation process of SiGe on SOI substrates

The oxidation of SiGe film epitaxial grown on top of SOI wafers has been studied. These SiGe/SOI samples were oxidized at 700, 900, 1100 °C. Germanium atoms were rejected from SiGe film to SOI layer. A new Si_1−xGe_x (x is minimal) layer formed at SiGe/Si interface. As the germanium atoms diffused, the new Si_1−xGe_x (x is minimal) layer moved to Si/SiO₂ interface. Propagation of threading dislocation in SiGe film to SOI substrate was hindered by the new SiGe/Si interface. Strain in SOI substrate transferred from SiGe film was released through dislocation nucleation and propagation inner. The relaxation of SiGe film could be described as: strain relaxed through strain equalization and transfer process between SiGe film and SOI substrates. Raman spectroscopy was used to characterize the strain of SiGe film. Microstructure of SiGe/SOI was observed by transmission electron microscope (TEM).     

SiGe/Si异质结缺陷的光致发光研究

本文用光致发光(PL)光谱对Si0.87Ge0.13/Si异质结的缺陷进行了研究。对PL光谱中与SiGe外延层应变驰豫产生的失配位错相关的D-Band进行了分析,发现应变驰豫同时在SiGe层和Si衬底中诱生了位错。由于在PL光谱中观察到了D1而没有观察到D2,因此D1,D2很可能并不对应于相同的位错。通过进一步的分析,我们推测引起SiGe/Si异质结的PL光谱中D-Band的位错的微观结构很可能和Si-Si相关。     

Strain relaxation in nano-patterned strained-Si/SiGe heterostructure on insulator

In order to evaluate the strain stability, arrays of strained Si/SiGe nano-stripes and nano-pillars were fabricated by Electron-Beam Lithography (EBL) and Reactive-Ion Etching (RIE). The strain relaxation in the patterned strained Si on SiGe-on-insulator (SGOI) was investigated by high-resolution UV micro-Raman spectroscopy. The Raman measurements before and after patterning indicate that most of the strain in the top strained Si is maintained until scaling down to 300 nm, and relaxation of <15% is observed in pillars with a dimension of 150 nm × 150 nm. In the nano-patterned heterostructure strained Si/SiGe, the observed relaxation is small, which is mainly attributed to the fully relaxed and dislocation-free SiGe virtual substrate fabricated by modified Ge condensation.     

Realization of silicon quantum wires based on Si/SiGe/Si heterostructure

We report on the successful fabrication of silicon quantum wires with SiO2 boundaries on SiGe/Si heterostructures by combining Si/SiGe/Si heteroepitaxy, selective chemical etching, and subsequent thermal oxidation. The observational result of scanning electron microscope is demonstrated. The present method provides a well-controllable way to fabricate silicon quantum wires.     

Subsecond melt processing for achieving SiGe layers

Flash lamp annealing induced rapid melting of a near surface Ge enriched Si wafer and the subsequent formation of SiGe layers were demonstrated. The formation of an undesirable facetted liquid/solid interface, well known for pulse melting in the millisecond time regime, was found to decrease significantly due to the increasing melting temperature of Si with reducing Ge concentration at the SiGe/Si interface. A dislocation network and the existence of strain, which were evidenced by transmission electron microscopy and μ-Raman measurements, respectively, are expected to play an important role to form thin SiGe layers.     

异质多晶SiGe栅应变Si NMOSFET物理模型研究

结合了“栅极工程”和“应变工程”二者的优点, 异质多晶SiGe栅应变Si MOSFET, 通过沿沟道方向使用不同功函数的多晶SiGe材料, 在应变的基础上进一步提高了MOSFET的性能. 本文结合其结构模型, 以应变Si NMOSFET为例, 建立了强反型时的准二维表面势模型, 并进一步获得了其阈值电压模型以及沟道电流的物理模型. 应用MATLAB对该器件模型进行了分析, 讨论了异质多晶SiGe栅功函数及栅长度、衬底SiGe中Ge组分等参数对器件阈值电压、沟道电流的影响, 获得了最优化的异质栅结构. 模型所得结果与仿真结果及相关文献给出的结论一致, 证明了该模型的正确性. 该研究为异质多晶SiGe栅应变Si MOSFET的设计制造提供了有价值的参考. 关键词： 异质多晶SiGe栅 应变Si NMOSFET 表面势 沟道电流     

Si/SiGe异质结构的硅盖层中应变对Raman谱特征的影响

应变Si/SiGe异质结构通过大剂量Ge离子注入并结合高温快速热退火制备而成。325 nm波长的紫外激光被用于调查应变Si盖层的Raman谱特征。实验发现,硅盖层中的张应变导致硅的520 cm-1的一级拉曼散射峰向低频方向偏移,峰的偏移程度反映硅盖层中横向张应力的大小约为12.5×108 N·m-2。硅盖层中的张应变并未导致1 555和2 330 cm-1的次级拉曼散射峰的变化。