硅基GHz高速电光调制器研究进展

硅基高速电光调制器是新一代密集波分复用系统和光时分复用系统中的关键光电子器件，他的运用可以降低光通讯系统的制作成本并且大大有利于未来的硅基光电集成．目前国际上已经实现的硅基高速电光调制器件的调制速率已经超过6GHz．文章对国外硅基高速电光调制器的最新研究进展进行了介绍，评述了各种基于不同电学和光学结构的硅基电光调制器，对不同类型器件在制作和应用中的优缺点进行了比较．     

硅的可见光发射—通向全硅光电子集成之途

由于Ｓｉ是一种禁带宽度只有１．１ｅＶ的间接带隙材料，其发光效率极低，因此长期以来Ｓｉ被认为是一种不可能用于制作可见光区光电器件的材料．但近一两年才出现的多孔硅光致发光现象，对人们的这种传统概念产生了巨大的冲击，一股多孔硅的研究热潮也正在兴起．本文将结合作者在多孔硅方面的工作，对多孔硅光致发光现象的研究背景、现状和潜在的应用作了较详细的介绍．     

多孔硅——一种新形态的硅材料

多孔硅（ｐｏｒｏｕｓ　Ｓｉｌｉｃｏｎ）是指通过对氢氟酸溶液中的晶体硅片进行阳极氧化，在硅衬底上形成的多孔态的硅材料．本文介绍了多孔硅的形成规律和结构形貌，并对其光学性质和形成机制仆行了简要的评介，最后以多孔硅在大规模集成电路中的应用为主讨论了它的技术应用．     

21世纪的光学和光电子学讲座 第二讲 硅基发光材料和器件研究

硅基发光材料和器件是实现光电子集成的关键．文章评述了目前取得较大进展的几种主要硅基发光材料和器件的研究,包括掺饵硅,多孔硅,纳米硅以及Ｓｉ／ＳｉＯ２ 等超晶格结构材料．展望了这些不同硅基发光材料作为发光器件和在光电集成中的发展前景     

利用共溅射方法实现硅基材料上的纳米Ge的可见光发射

如何实现硅基材料的发光,一直是很受重视的一个研究方向。以往是通过硅基外延生长直接带隙材料或锗硅超晶格的途径实现Si基材料发光。90年代初发倪的多孔硅发光[1],引起人们的广泛关注,对多孔硅的制备工艺、发光特性、机理和定性以及可能的应用等方面进行了广泛的研究。但至今尚没有阐明发光机理,而且多孔硅存在结构脆弱、对环境敏感、不易实现电注入等问题。     

硅基光电集成器件研究进展

随着器件结构与制作工艺的不断创新与完善，硅基发光器件已经可以实现室温下的有效工作，外量子效率可达到0．1％；低功耗的硅基高速调制器件的调制速率达到1GHz以上；而硅基光探测器对1300nm与1550nm波长的探测响应度也已分别达到了0．16mA／W和0．08mA／W．文章对硅基光电器件的研究进展情况进行了概述，并着重对几种器件的结构及工作原理进行了分析．     

硅纳米孔柱阵列的结构和光学特性研究

采用水热腐蚀技术在单晶硅衬底上制备出一种新的硅微米／纳米结构复合体系——硅纳米孔柱阵列(Si-NPA)，并对其表面形貌、结构及光学特性进行研究.Si-NPA的结构复合性体现为 在微米和纳米两个尺度上形成了三个分明的结构层次，即微米尺度的硅柱阵列结构、硅柱上 的纳米多孔结构以及组成孔壁的硅纳米晶粒.积分光反射谱和荧光光谱测试表明，Si-NPA具 有良好的光吸收和光致发光特性.依据Si－NPA积分反射谱的实验数据，采用Kramers-Kronig 变换关系计算得到了Si-NPA的复折射率和复介电函数、吸收系数等光学常数，并由此讨论了 Si-NPA相对于单晶硅的光学特性发生显著变化的原因.最后，通过分析Si-NPA的光吸收系数 与入射光子能量之间的关系，揭示出Si-NPA具有直接带隙半导体的电子结构特征，而且理论 计算得到的Si-NPA的带隙能与其光致发光谱的峰位能很好符合. 关键词： 硅纳米孔柱阵列 光学特性 电子结构 水热腐蚀     

氢化硅薄膜光吸收近似特性研究

利用等离子体化学气相沉积系统在直流电压源和射频源的双重激励下,以康宁7059玻璃为衬底制备了氢化硅薄膜．过测定氢化硅薄膜Raman光谱,对薄膜微结构进行了表征;建立氢化硅薄膜的光吸收模型,计算出薄膜的光吸收系数和光学带隙,和实验结果基本一致,说明该模型符合实验结果;并利用该模型计算的光吸收系数和光学带隙,结合AMPS软件对设计的太阳电池结构进行了模拟,给出的I-V特性曲线变化趋势与实验结果基本符合,同时对实验结果与模拟结果存在差异的原因进行了分析,并给出合理解释． 关键词： 氢化硅薄膜 光吸收系数 光吸收模型     

基于发光机理提高掺铒硅基材料发光效率的几条途径

掺铒硅基发光材料可以用于制备光通信用光源、光纤放大器，更重要的是可能成为实现硅基光电子集成技术的重要途径，已成为研究的热点之一．文章讨论了掺铒硅及掺铒硅基材料的发光机理，指出了制约实用化方面存在的问题．从不同方面着重探讨了共掺氧对提高掺铒硅发光效率的作用．最后介绍了基于掺铒硅发光机理提高掺铒硅基材料发光效率的几种途径、目前存在的主要问题及研究进展．     

第一性原理研究[111]晶向硅纳米线电子结构，光学性质与压阻特性的应变效应

基于密度泛函理论体系下的广义梯度近似（GGA），利用第一性原理方法计算研究了单轴应变对[111]晶向硅纳米线的电子结构、光学性质以及压阻性质的影响．能带结构和光学性质的结果表明：压应变导致硅纳米线的带隙明显线性减小，且使其由直隙半导体转变为间隙半导体，而施加拉应变后硅纳米线仍为直隙半导体材料，但是带隙略有减小，且价带顶附近的能带线产生了较为复杂的变化．由于能带的应变效应导致其光学性质也相应发生了较大改变：拉应变使硅纳米线的介电峰出现宽化现象，低能区内的光吸收增强，静态折射率和反射率峰值增大，而压应变的效果则相反．结合能带结构与压阻系数计算模型得到的压阻特性结果表明：随着压应变的增加压阻系数单调减小，这主要归因于空穴浓度随压应变显著变化引起的；而拉应变作用时，压阻系数呈现波动趋势，这主要是由于空穴有效传输质量的增加程度和载流子浓度的增加程度不同而相互竞争导致的．上述计算结果表明，设计基于硅纳米线的光电和力电器件时，需考虑其应变效应．     

纳米硅集团表面电子态的理论研究

研究—Ｈ，—Ｏ或—ＯＨ基吸附于表面的纳米硅集团电子结构的变化情况．选取了几种可能的吸附构型，用定域密度泛函（ＬＤＦ）-集团模型数值自洽求解方法的第一性原理计算，求得优化的吸附位置、相应的电子结构，并分析了有关的光学性质．在全氢饱和的情况下，能隙比硅体的宽，呈明显的量子尺寸效应；部分—Ｈ被—Ｏ原子取代后，在禁带中出现一些“尾态”，这些态部分被占有；若以—ＯＨ基取代—Ｏ，则相应的空尾态被占有，但带隙变化不大．—Ｏ和—ＯＨ吸附时均不呈现明显的量子尺寸效应 关键词：     

多孔硅蓝光发射与发光机制

在制备出光致发光能量为２．７ｅＶ的发射蓝光多孔硅的基础上对它进行了较系统的研究：测量了它的光致发光时间分辨光谱，用傅里叶交换红外光谱分析了其表面吸附原子的局域振动模，研究了γ射线辐照对其发光的影响，并与发红、黄光的多孔硅作了对比，通过空气中长期存放、激光和紫外线照射的方法，研究了光致发光峰能量为２．７ｅＶ的多孔硅发光稳定性．我们及其它文献中报道的多孔硅蓝光发射的实验结果与量子限制模型矛盾，但能用量子限制／发光中心模型解释．我们认为多孔硅的２．７ｅＶ发光是多孔硅中包裹纳米硅的ＳｉＯ_x层中某种特征发光中心引起的． 关键词：     

纳米结构ZnO晶体薄膜室温紫外激光发射

文章综述了纳米结构的氧化锌半导体薄膜在室温下自由激子的自发辐射以及由自由激子引起的受激发射的特性，阐述了在不同激发密度下室温紫外受激发射的机理．纳米结构氧化锌半导体薄膜是用激光分子束外延(L-MBE)技术生长在蓝宝石衬底上的．薄膜由密集而规则排列的纳米尺度的六角柱组成．这些纳米六角柱起着限制激子运动的作用，激子的量子尺寸效应，使激子的跃迁振子强度大幅度增强．同时六角柱之间的晶面组成了一个天然的激光谐振腔．室温下用三倍频的YAG脉冲激光激发，可从这些纳米结构的氧化锌薄膜中观测到很强的紫外激光发射．研究发现，在中等激发密度下，紫外受激发射是由于激子与激子间碰撞而引起的辐射复合．在高密度激发条件下，由于激子趋于离化，紫外受激发射主要由电子-空穴等离子体的辐射复合引起．由于纳米结构中激子的跃迁振子增强效应，在室温下测量到的光学增益高达320cm^-1，这比在同样条件下测量到的块状氧化锌晶体的光学增益要高一个量级以上．与传统的电子-空穴等离子体激光辐射相比，激子引起的受激发射可在较低的激发密度条件下实现．这在实际应用上很有价值．     

硅光电集成的曙光：多孔硅的电致发光

近两年来，多孔硅发光特性已经成为国际半导体界的研究热点，介绍了多孔硅器件电致发光方面的研究进展，给出了多孔硅器件的基本结构以及相应的光谱响应，阐述了多孔硅固态的电致发光在硅光电集成发展过程中的重要意义以及目前尚未解决的问题，展示了它们在技术领域中的潜在应用。     

硅气凝胶和它的分形结构

硅气凝胶是从溶胶－凝胶工艺衍生出来的非晶态纳米多孔性物质。它是研究分形结构最理想的材料。研究分形结构最有效的实验手段是小角散射。小角散射实验表明，硅气凝胶由尺寸为ａ（ａ～１ｎｍ）的颗粒组成。这些颗粒组成分形网络，分形结构持续到尺度．在以上的长度范围，材料可视为均匀的。介绍了硅气凝胶的制备、结构及结构测量。     

硅基光源的研究进展

随着人们对大容量、高速和低成本的信息传播的要求越来越迫切, 近年来硅基光电子学得以蓬勃发展, 但硅基光源一直没有得到真正的解决, 成为制约硅基光电子学发展的瓶颈. 硅的间接带隙本质给高效硅基光源的实现带来很大困难, 实用化的硅基激光是半导体科学家长期奋斗的目标. 本文分别介绍了硅基发光材料、硅基发光二极管和硅基激光的研究进展, 最后总结了目前各种硅基光源面临的问题和未来的发展方向.     

封面说明

硅和氧化硅与贵金属金和银不互熔，因此，把硅氧化物同贵金属共蒸发可以用来制取各种硅纳米结构．如果把SiO和Ag2O一起蒸发到温度保持在Ag熔点以上（比如说，1000℃）的衬底上，则会形成Ag为内核、SiO2为外壳的内核／壳层结构．根据壳层几何形状的不同，其上由冷却造成的应力分布花样可以是三角铺排、菲波纳契螺旋、草莓上的“X形”点阵等花样（Li＆Cao，Science 309，909（2005））．     

提高Si基材料高效率发光途径的探索

近来人们对发展硅基光电子学作出了很大的努力。众所周知，如同晶体管是微电子学的核心器件一样，发光器件将是光电子学的关键部件。然而由于硅属间接带隙材料，发光效率比直接带隙的ＧａＡｓ等化合物材料低三个多量级，因此如何在硅基材料系实现高效率发光，已成为发展硅基光电子学的重要课题，它吸收着国际上众多科学、工程家们的巨大兴趣。能带工程的应用可能将提供一条有望的途径。本文总结评述了近几年来在ＳｉＧｅ量子阱能带工程，Ｅｒ３＋离子注入发光中心掺杂工程、直接带隙β—ＦｅＳｉ２材料工程以及热电子跃迁发光带内子能级工程中所取得的重要进展。本文同时对其未来的发展提出了若干设想与展望。     

封面说明——干净的重要性

绝缘基硅晶片（silicon-on—insulator简称SOI）是一种将导电硅膜覆于绝缘氧化硅基底的技术．这种技术目前发展迅猛，广泛地用于高速电子电路和传感器．SOI大部分期望性能依赖于将硅膜做得尽可能薄，但是随着研究者们将硅膜做得越薄，他们就越担心由硅晶体缺陷在接触面产生的载流子会破坏材料的电学性质．     

MPS结构中的光生伏特现象

报道了金属／多孔硅／单晶硅结构（ＭＰＳ）中光生伏特效应研究的最新结果，给出了该结构的光谱响应曲线，发现该结构在１１００—３５０ｎｍ波长范围具有明显的光谱响应．还测量了开路电压随温度、光照波长及光照强度的变化关系，发现开路电压随温度的降低近似线性增加，其温度系数对于金／多孔硅结构约为２.０ｍＶ／Ｋ，对于铝／多孔硅结构约为２.８ｍＶ／Ｋ，与单晶硅及非晶硅太阳电池的温度系数相近，但ＭＰＳ结构的开路电压随光强的增加不满足对数关系．结果表明，在ＭＰＳ结构中金属／多孔硅肖特基结对光生伏特效应起了主要作用，而多孔硅／单晶硅异质结的作用是与此相反的 关键词：