Si基SiGe、Ge弛豫襯底生長(zhǎng)及其Ge光電探測(cè)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(cè)器、場(chǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)高質(zhì)量硅鍺和鍺薄膜仍然是一個(gè)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(zhǎng)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(zhǎng)波長(zhǎng)鍺光電探測(cè)器。主要工作和研究成果如下：

2、 為了促進(jìn)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(diǎn)緩沖層制備SiGe弛豫襯底的技術(shù)。分析了低溫Ge量子點(diǎn)緩沖層在調(diào)節(jié)應(yīng)力、湮滅位錯(cuò)等方面的機(jī)理，系統(tǒng)地研究了低溫Ge量子點(diǎn)緩沖層制備SiGe弛豫襯底的生長(zhǎng)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(dá)99％，位錯(cuò)密度低于105 cm-2，表面粗糙度小于2 nm，表面無(wú)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(zhǎng)溫度和厚度對(duì)高溫Ge外延層表面形貌、應(yīng)變弛豫等的影響和作用機(jī)理，探討了低溫SiGe和Ge雙緩沖層對(duì)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(zhǎng)條件，在UHV/CVD系統(tǒng)上生長(zhǎng)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(wú)Cross-hatch形貌、表面粗糙度僅為0.7 nm，X射線(xiàn)衍射峰的峰形對(duì)稱(chēng)且峰值半高寬為470 arcsec，化學(xué)腐蝕位錯(cuò)坑法測(cè)試位錯(cuò)

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(jī)理以及對(duì)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(guò)程中產(chǎn)生的，實(shí)驗(yàn)測(cè)量張應(yīng)變的大小和理論計(jì)算值相吻合。定量計(jì)算表明張應(yīng)變每增加0.1％，直接帶隙將減小14 meV。 設(shè)計(jì)并制備了正入射Si基長(zhǎng)波長(zhǎng)Ge PIN光電探測(cè)器。器件在-1 V偏壓下的暗電流密度為20 mA/cm2，在波長(zhǎng)1.55μm處-2V偏壓下的響