Ge/Si(100)量子点生长与形态分布的研究

利用超高真空化学气相淀积系统,通过控制淀积量、温度、流量等生长参数,在n型Si(100)衬底上自组装生长了一系列Ge量子点样品,用原子力显微镜进行了表征与分析.系统地研究了生长参数对Ge岛形态分布的影响并分析了有序、高密度Ge岛的生长机理.结果表明,从二维向三维岛跃迁后,最初形成的高宽比(高度与底宽的比值)在0.04～0.06之间的小岛是一种在低温下可以与圆顶岛共存的稳定岛,两种岛的分布随淀积参数的变化而变化.在高温下小岛几乎消失,流量的变化对小岛的密度影响较小.实验中获得小岛的密度最高为2.6×1010cm-2,圆顶岛的密度最高为4.2×109cm-2.     

光学碱度与能量传递对Bi/Yb3 共掺杂锗酸盐玻璃近红外发光性质的影响

采用传统高温熔融法制备了Bi/Yb3 共掺杂锗酸盐玻璃,通过测试吸收光谱、近红外光谱和荧光衰减寿命,研究了玻璃样品的近红外发光性质。在980nm 或808 nm 激光激发下,均能同时观察到Yb3 和Bi离子的近红外发光,这一结果表明,Yb3 离子与Bi离子之间存在相互能量传递。随着Yb3 离子浓度的增加,玻璃基质的光学碱度和Yb3 离子到 Bi 离子的能量传递效率均增加,讨论了能量传递效率的提高对Bi离子发光的增强作用与光学碱度增加对Bi离子发光的削弱作用的竞争影响机制,获得了Bi/Yb3 近红外发光的机理。     

UHV/CVD法生长硅基低位错密度厚锗外延层

采用超高真空化学气相淀积系统,以高纯Si2 H6和GeH4作为生长气源,用低温缓冲层技术在Si(001)衬底上成功生长出厚的纯Ge外延层.对Si衬底上外延的纯Ge层用反射式高能电子衍射仪、原子力显微镜、X射线双晶衍射曲线和Ra-man谱进行了表征.结果表明在Si基上生长的约550nm厚的Ge外延层,表面粗糙度小于1nm,XRD双晶衍射曲线和Ra-man谱Ge-Ge模半高宽分别为530'和5.5cm-1,具有良好的结晶质量.位错腐蚀结果显示线位错密度小于5×105cm-2可用于制备Si基长波长集成光电探测器和Si基高速电子器件.     

准零维量子点激光器的发展瓶颈

近年来半导体材料主要朝两个方向发展:一方面是材料工程,即通过不断探索扩展新的半导体材料实现;另一方面是能带工程,即通过改变已知材料的维度进而实现能带的调节。准零维半导体量子点就是通过改变其尺寸调控能带的典型代表。主要论述了准零维量子点激光器发展过程中遇到的一些瓶颈问题。     

激光全息法制备二维硅基图形衬底

理论上模拟了全息光刻法制备二维硅基图形阵列的光强分布和显影过程,通过改变激光波长及入射光与样品表面的夹角即可得到不同周期的二维图形.在此基础上,采用三束光一次曝光和湿法腐蚀图形转移技术,在n型(100)硅衬底上制备出了周期在亚微米量级的均匀二维图形阵列.该方法适合大面积硅基图形阵列的制作.     

硅衬底上锗外延层的生长北大核心CSCD

利用超高真空化学气相沉积系统,基于低温Ge缓冲层技术,研究了Si衬底上高质量Ge外延层的生长。结果表明,低温Ge缓冲层的表面起伏较大,降低生长温度并不能抑制三维岛状生长。然而,低温Ge缓冲层的压应变几乎被完全弛豫,应变弛豫度达到90%以上。在90 nm低温Ge缓冲层上生长的210 nm高温Ge外延层,表面粗糙度仅为1.2 nm。Ge外延层X射线双晶衍射峰的峰形对称,峰值半高宽约为460 arcsec,无明显的Si-Ge互扩散。湿法化学腐蚀部份Ge外延层,测量位错密度约为5×10~5cm^(-2)。     

Si基外延Ge薄膜中残余应变的检测与分析

研究了Si衬底上外延Ge薄膜中的应变。在超高真空化学气相沉积系统中生长Ge薄膜,采用高精度X射线衍射(XRD)和拉曼散射光谱检测薄膜的组份和应变。结果表明,外延薄膜的组份为纯Ge,没有Si的扩散;Ge薄膜中存在少量应变。Ge薄膜XRD峰位和拉曼散射峰位的偏移是由残余应变引起的。定量计算了热膨胀失配引入的张应变和晶格失配引入的压应变与Ge薄膜生长参数的关系,张应变随着生长温度的升高而近似线性增加,压应变随着生长厚度的增加按反比例减小,Ge薄膜最终应变状态由两者共同决定。理论计算值与实验结果吻合良好。     

张应变锗薄膜制备技术的研究进展

由于与硅集成电路工艺兼容的张应变锗薄膜在光电器件如光电探测器、调制器,特别是发光器件中具有潜在的应用前景,使其得到了广泛关注.然而,在锗薄膜中引入可控的、大的张应变是个挑战.综述了张应变锗薄膜制备技术的研究进展,重点介绍了在锗薄膜中引入张应变的外延技术、应变转移技术、应变浓缩技术和机械应变技术的工艺流程和实验结果,并讨论了它们的优点和缺点.采用应变浓缩技术制备的厚度为350 nm的锗薄膜微桥的单轴张应变和微盘的双轴张应变分别达到了4.9％和1.9％,可将锗调制为直接带隙材料,适用于锗激光器的研制.     

SOI基垂直入射Ge PIN光电探测器的研制

研制了在SOI衬底上工作于近红外波段的垂直入射GePIN光电探测器。采用低温Ge缓冲层技术,在超高真空化学气相淀积系统(UHV/CVD)上生长探测器材料。测试表明,器件的暗电流主要来源于表面漏电流,暗电流密度随着尺寸的增加而减小,在2V偏压时暗电流密度可达17.2mA/cm2;器件在波长1.31μm处的响应度高达0.22A/W,对应量子效率为20.8%。无偏压时,器件的响应光谱在1.2～1.6μm波长范围内观察到4个共振增强峰,分别位于1.25、1.35、1.45和1.55μm左右,峰值半高宽约为50nm,共振增强效应是由SOI衬底的高反射率引起的。采用传输矩阵法模拟的响应光谱与实验测量结果吻合良好。     

采用低温缓冲层技术在Si衬底上生长高质量Ge薄膜

采用低温缓冲层技术,在Si衬底上生长了质量优良的Ge薄膜。利用原子力显微镜（AFM）、双晶X射线衍射（XRD）和拉曼散射等研究了薄膜的晶体质量。结果表明,由于无法抑制三维岛状生长,低温Ge缓冲层的表面是起伏的。然而,Ge与Si间的压应变几乎完全弛豫。当缓冲层足够厚时,后续高温Ge外延层的生长能够使粗糙的表面变得平整。在...