快速熔融法制备高锡组分的绝缘衬底上的锗锡(GSOI)
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- 论文作者：刘智 ; 丛慧 ; 杨帆 ; 李传波 ; 成步文
- 年：2017
- 作者机构：中国科学院半导体研究所集成光电子学国家实验室;
- 会议召开时间：2017-05-25
- 会议录名称：第十二届全国硅基光电子材料及器件研讨会会议论文集
- 语种：中文
- 分类号：TN304;TN32;TN36
- 学会代码：XMJS
- 会议名称：第十二届全国硅基光电子材料及器件研讨会
- 会议地点：中国福建厦门
- 主办单位：厦门大学物理科学与技术学院、浙江大学硅材料国家重点实验室
- 学会名称：厦门大学物理科学与技术学院
- 页数：1
- 文件大小：207k
- 原文格式：D
- 会议级别：全国
摘要
锗锡是硅基光电子领域最有潜力的材料之一。锗锡不仅可以通过锡组分来调节带隙和能带结构,实现0~0.8e V的带隙可调和间接带隙与直接带隙能带结构的转变[1,2],而且锗锡是四族材料,可以兼容现有的硅CMOS工艺。然而,由于锗锡与硅之间具有14%的晶格失配,且锡在锗中的固溶度低于1%,这使得在硅上外延锗锡,特别是高锡组分的锗锡困难重重。尽管如此,人们采用CVD和MBE技术在硅衬底上已经成功外延出锗锡材料,并制备了硅基锗锡短波红外探测器[3,4]、发光二级管[5],甚至是光泵浦锗锡激光器[6]。尽管如此,锗锡与硅的晶格失配导致的大量位错和低温生长引起的高残留压应变是硅基锗锡在光电领域应用的主要问题。此外,为了提高锗锡中的锡含量,人们需要进一步降低生长温度来抑制锡的分凝,但是低温生长会导致材料质量恶化[7],甚至非晶化[8,9]。近年来,快速熔融法用于制备高质量的绝缘衬底上的锗材料(GOI)得到了快速的发展[10,11]。本文中,我们采用快速熔融法在绝缘衬底上成功制备了锗锡条,摆脱了硅晶格对锗锡的限制。锡含量在锗锡条中呈梯度分布,在锗锡条的末端,锡组分可高达14.2%。TEM结果显示锗锡条具有极高的晶体质量,没有观察到穿透位错和堆垛层错的存在。利用锗锡条,我们制备了背栅的P沟道场效应晶体管和金属-半导体-金属(MSM)结构的肖特基结光电探测器。锗锡晶体管具有良好的晶体管特性,锗锡沟道中的平均锡组分为8.5%,低场空穴有效迁移率峰值可达到402cm~2/Vs。制备的锗锡光电探测器在近红外和短波红外波段具有很高的响应。尽管锗锡材料厚度仅为200nm,但器件在1550nm波长下的响应度达到236m A/W@-1.5V;在2000nm波长下,器件响应度达到154m A@-1.5V。
引文
[1]Chen R,Lin H,Huo Y,et al.Appl.Phys.Lett.,2011,99(18):181125.
[2]Gallagher J D,Senaratne C L,Kouvetakis J,et al.Appl.Phys.Lett.,2014,105(14):142102.
[3]Pham T,Du W,Tran H,et al.Opt.Express,2016,24(5):4519-4531.
[4]Pham T N,Du W,Conley B R,et al.Electron.Lett.,2015,51(11):854-856.
[5]Roucka R,Mathews J,Beeler R T,et al.Appl.Phys.Lett.,2011,98(6):061109.
[6]Wirths S,Geiger R,von den Driesch N,et al.Nature Photon.,2015,9(2):88-92.
[7]Wang S C and Ehrlich G Phys.Rev.Lett.,1993,70(1):41-44.
[8]Bratland K A,Foo Y L,Spila T,et al.J.Appl.Phys.,2005,97(4):044904.
[9]Oehme M,Kostecki K,Schmid M,et al.Thin Solid Films,2014,557(0):169-172.
[10]Liu Y,Deal M D and Plummer J D J Electrochem Soc,2005,152(8):G688-G693.
[11]Toko K,Tanaka T,Ohta Y,et al.Appl.Phys.Lett.,2010,97(15):152101.
[2]Gallagher J D,Senaratne C L,Kouvetakis J,et al.Appl.Phys.Lett.,2014,105(14):142102.
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[5]Roucka R,Mathews J,Beeler R T,et al.Appl.Phys.Lett.,2011,98(6):061109.
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