Si基SiGe、Ge弛豫襯底生長及其Ge光電探測器研制.pdf

1、硅基硅鍺材料因其優(yōu)越的性能，特別是與成熟硅微電子工藝相兼容，在硅基光電子器件如光電探測器、場效應(yīng)晶體管等方面得到了廣泛的應(yīng)用，硅基硅鍺薄膜生長及相關(guān)器件的研制引起了人們濃厚的興趣。然而由于鍺與硅的晶格失配度較大，在硅基上生長高質(zhì)量硅鍺和鍺薄膜仍然是一個挑戰(zhàn)性的課題，需要引入緩沖層技術(shù)。本論文采用低溫緩沖層技術(shù)在UHV/CVD系統(tǒng)上生長出高質(zhì)量硅基硅鍺和鍺弛豫襯底，并在此基礎(chǔ)上研制出硅基長波長鍺光電探測器。主要工作和研究成果如下：

2、 為了促進外延層應(yīng)變弛豫、改善表面形貌，我們提出了低溫Ge量子點緩沖層制備SiGe弛豫襯底的技術(shù)。分析了低溫Ge量子點緩沖層在調(diào)節(jié)應(yīng)力、湮滅位錯等方面的機理，系統(tǒng)地研究了低溫Ge量子點緩沖層制備SiGe弛豫襯底的生長條件，制備出質(zhì)量良好的Si0.72Ge0.28弛豫襯底。Sio.72Ge0.28外延層的厚度僅為380nm，弛豫度高達99％，位錯密度低于105 cm-2，表面粗糙度小于2 nm，表面無Cross-hatch形貌，具有良好的

3、熱穩(wěn)定性。 系統(tǒng)地研究了低溫Ge緩沖層的生長溫度和厚度對高溫Ge外延層表面形貌、應(yīng)變弛豫等的影響和作用機理，探討了低溫SiGe和Ge雙緩沖層對Ge外延層晶體質(zhì)量改善的作用，優(yōu)化了低溫緩沖層生長條件，在UHV/CVD系統(tǒng)上生長出高質(zhì)量Si基Ge薄膜。在硅襯底上制備的400 nm-Ge外延層表面無Cross-hatch形貌、表面粗糙度僅為0.7 nm，X射線衍射峰的峰形對稱且峰值半高寬為470 arcsec，化學(xué)腐蝕位錯坑法測試位錯

4、密度為5×105 cm-2。 研究了高溫Ge外延層中張應(yīng)變的產(chǎn)生機理以及對能帶結(jié)構(gòu)的影響。張應(yīng)變主要是由于Ge和Si熱膨脹系數(shù)的不同在Ge外延層從高溫冷卻到室溫的過程中產(chǎn)生的，實驗測量張應(yīng)變的大小和理論計算值相吻合。定量計算表明張應(yīng)變每增加0.1％，直接帶隙將減小14 meV。 設(shè)計并制備了正入射Si基長波長Ge PIN光電探測器。器件在-1 V偏壓下的暗電流密度為20 mA/cm2，在波長1.55μm處-2V偏壓下的響