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Si基SiGe弛豫衬底及SiGe/Si量子阱生长与表征

专 业: 凝聚态物理
关键词: 超高真空化学气相沉积系统 SiGe弛豫衬底 低温Ge层 量子阱
分类号: O471
形 态: 共 76 页 约 49,780 个字 约 2.381 M内容
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内容摘要


近年来,Si基光电子学得到快速的发展,由于硅基光电子器件具有低成本,与微电子工艺兼容等诸多优点,成为未来实现高速光互连芯片的关键技术之一。

为了实现Si基光电子器件的单片集成,希望能突破Si基材料间接带隙特性的局限,制备出有效的Si基光源。

SiGe\Si量子阱在光学和电学上表现出许多新的特性,通过量子限制效应以及弛豫衬底技术调控应变等方法剪裁能带,有望获得高效发光Si基量子结构材料,推动Si基光电器件的进一步发展。

本文利用超高真空化学气相沉积系统(UHV\CVD),采用插入低温Ge层(LTGe)的方法制备Si基SiGe弛豫衬底(弛豫缓冲层),并在衬底上外延SiGe\Si多量子阱,研究其光学性质。

本论文主要工作包括:

1.利用UHV\CVD系统,采用插入低温Ge层的方法,制备出Si基SiGe弛豫衬底。

系统地研究并优化了低温Ge层,低温SiGe层以及高温SiGe层的生长条件,最终选择在330℃下生长LTGe层,成功制备出薄的表面无失配位错的Si0.73Ge0.27弛豫衬底,弛豫度达到91%,粗糙度小于1.8nm,表面穿透位错密度为2.0×105cm-2,为量子阱的生长提供较高质量的弛豫缓冲层。

2.分析了LTGe层对SiGe弛豫衬底的应变调控机理,发现LTGe层起到柔性衬底和表面平整化的作用,证实LTGe层的存在能够减小穿透位错密度,促进弛豫衬底应力的均匀释放,并表明LTGe层的岛和坑状起伏表面,可以有效避免表面布纹失配位错线的产生。

3.设计并优化了W型和N型SiGe\Si量子阱结构,通过对载流子波函数交叠的计算,预言了W型SiGe\Si量子阱应具有更高的跃迁几率。

在Si基SiGe弛豫衬底上外延出SiGe\Si量子阱,并研究了量子阱的光学性质..……

全文目录


文摘
英文文摘
第一章 绪论
1.1 SiGe材料的基本性质
1.2 SiGe弛豫衬底及SiGe/Si量子阱研究意义与进展
参考文献
第二章 SiGe/Si量子阱能带理论基础
2.1薄膜材料的临界厚度
2.2应变对能带结构的调制
2.3量子效应与波函数交叠
2.4本章小结
参考文献
第三章 Si基SiGe弛豫衬底的制备及表征
3.1 Si基SiGe弛豫衬底的研究现状
3.2 SiGe材料生长及表征方法
3.3 Si基SiGe弛豫衬底的制备
3.3.1 Si基SiGe弛豫衬底的制备方法
3.3.2缓冲层生长条件的优化
3.3.3 Si基SiGe弛豫衬底的应变调控机理
3.4本章小结
参考文献
第四章 Si基SiGe弛豫衬底上量子阱的设计与性质
4.1量子阱材料的结构设计
4.1.1能带设计
4.1.2结构优化
4.2 SiGe/Si量子阱材料的生长和性质
4.2.1 SiGe/Si量子阱材料的生长
4.2.2 SiGe/Si量子阱材料的光学性质
4.3本章小结
参考文献
第五章 总结与展望

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中图分类: > O471 > 数理科学和化学 > 物理学 > 半导体物理学 > 半导体理论

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