高锗组分PIN锗硅光电探测器设计与模拟.pdf

第3 7 卷第3 期红外与激光工程2 0 0 8 年6 月V 0 1 3 7N o 3I n f r a r e da n dL a s e rE n g i n e e r i n gJ u n 2 0 0 8高锗组分P I N 锗硅光电探测器设计与模拟李欢1，牛萍娟1，杨广华1，李俊一2，张宇2，常旭3，张秀乐s(1 天津工业大学信息与通信工程学院，天津3 0 0 1 6 0；2 中国科学院半导体研究所光电子研究发展中心，北京1 0 0 0 8 3；3 河北工业大学土木工程学院交通工程系，天津3 0 0 1 3 0)摘要：介绍了S i l 届岛合金材料在制作新型光电子器件方面的重要作用，描述了应变S i G e 层的特性，包括其临界厚度与G e 组分的关系、能带变窄、折射率增加，以及应变S i G e 层的亚稳态特性。设计了应变锗硅缓冲层上的高G e 组分P I N 光电探测器的外延材料和结构，采用S i l v a c o 软件分别对光电探测器的器件结构、光谱响应、响应电流及其随入射光功率的变化、器件的暗电流进行了模拟。结果显示，探测器有源区面积增大，其响应电流也增大，且暗电流比其响应电流小6-8 个数量级；探测器的响应时间约为3 8 x l O-9S；探测器在8 5 0a m 左右具有较好的光响应；这些结果都比较理想。采用L-e d i t 软件设计了该光电探测器的结构，最后对研究结果做出总结。关键词：光电探测器；锗硅；缓冲层；S i l v a c o中图分类号：T N 3 6 4+2文献标识码：A文章编号：1 0 0 7 2 2 7 6(2 0 0 8)0 3 0 4 4 0 0 4D e s i g na n ds i m u l a t i o no fh i g hG ec o n t e n tP I NS i G ep h o t o-d e t e c t o rL IH u a n l，N P i n g-j u a n l，Y A N GG u a n g-h u a l，L IJ u n-y i 2，Z H A N GY u 2，C H A N Gx u 3，Z H A N GX i u 1 e 3(1 S c h o o lo fI n f o r m a t i o na n dC o m m u n i c a t i o nE n g i n e e r i n g，T i a n j i nP o l y t e c h n i cU n i v e r s i t y，T i 删i n3 0 0 1 6 0，C h i n a；2 O p t o-e l e c t r o n i cR e s e r c ha n dD e p a r t e m e n tC e n t e r，I n s t i t u t eo fS e m i c o n d u c t o r s，C h i n e r eA c a d e m yo fS c i e n c e s，B c i j i n g1 0 0 0 8 3。C h i n a；3 D e p a r t m e n to fT r a n s p o r t i o nE n g i n e e r i n g，C o H e g eo fC i v i lE n g i n e e r i n g，H e b c iU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y，T i a n j i n3 0 0 1 3 0，C h i n a)A b s t r a c t：S i l 取i sa ni m p o r t a n tm a t e r i a lt Of a b r i c a t en e wt y p ep h o t o e l e c t r o n i cd e v i c e C h a r a c t e r i s t i c so fS i G es t r a i nl a y e r sw e r ed e s c r i b e d i n c l u d i n gt h er e l a t i o nb e t w e e nc r i t i c a lt h i c k n e s so fS i G es t r a i nl a y e r sa n dG ec o m p o s i t i o n，t h en a r r o w e de n e r g yb a n d g a p，t h ei n c r e a s e dr e f r a c t i v ei n d e xa n dt h em e t a s t a b l es t a t eo fS i G es t r a i nl a y e r s E p i t a x i a lm a t e r i a l sa n dd e v i c es l r u c t u r e so fh i g hG ec o n t e n tP p h o t od e t e c t o ro nS i G eb u f f e rl a y e r sh a db e e nd e s i g n e d md e v i c e7Ss t r u c t u r e，s p e c t r a lr e s p o n s e，r e s p o n s ec u r r e n ta n di t sc h a n g i n gw i t hi n c i d e n tf i g h ts t r e n g t h，a n dt h ed a r kc u r r e n tw e r es i m u l a t e db yu s i n gs o f t w a r eS i l v a c o T h er e s u l t ss h o wt h a tt h er e s p o n s ee l e c t r i cc u r r e n ti n c r e a s e sw i t ht h e a c t i v ea r e ai n c r e a s i n g，a n d t h ed a r kc u r r e n ti s6-8o r d e r s o fm a g n i t u d es m a l l e rt h a nr e s p o n s ee l e c t r i cc u r r e n t n er e s p o n s et i m eo ft h ed e t e c t o ri sa b o u t3 8 xl O-9Sa n di t ss p e c t r a lr e s p o n s ei sv e r yw e l la ta b o u t8 5 0 姗T l l es t r u c t u r eo ft h ep h o t o-d e t e c t O rW a sd e s i g n e db yu s i n gL-e d i t a n dt h er e s u l t sw e r es u m m a r i z e da tl a s t K e yw o r d s：P h o t o-d e t e c t O r；S i G e；B u f f e rl a y e r s；S i l v a c o收稿日期：2 0 0 7 一吣一0 4；修订日期：2 0 0 7 0 9 3 0基金项目：国家自然科学重点基金项目(N S F C-6 0 5 3 6 0 3 0)作者简介：李欢(1 9 8 3-)，女，山西平遥人，硕士生，研究方向为硅基单片光电子集成回路。E m i l：t i h u a n 8 3 0 9 1 4 y a h o o C O I n 导师简介：牛萍娟(1 9 7 3-)，女，河北石家庄人，教授，博士，从事化合物半导体器件及集成电路、单片及混合光电集成电路的研究工作。E m a i l：p j n i u e y o u c o m 第3 期李欢等：高锗组分P I N 锗硅光电探测器设计与模拟4 4 lO 引言近年来，S i 基S i。_ x G e x 合金材料在制作新型光电子器件方面受到普遍重视，其主要特点是带隙宽度可由G e 组分调节、与成熟的硅工艺兼容、成本低、易于集成。用它制备具有几百纳米到几微米的优质S i 基S i。如气外延层的光电探测器，可通过改变合金中G e的组分，使探测器的峰值波长在0 8 5 1-5 5p,m 之间变化，且暗电流较低n 卅。而当x 0 5 时，S i 基应变S i。茹岛外延层的临界厚度在1 0 岬以下阎，一旦超过临界厚度将增加外延层缺陷，影响探测器的响应度、暗电流等参数。因此，用缓冲层技术解决晶格失配度大的异质外延问题是国内外研究的热点。文中对制作在应变锗硅缓冲层上的高G e 组分P I N 光电探测器进行了外延材料、结构的设计，采用S i l v a c o 软件对所设计的探测器进行了模拟分析。l 应变S i G e 层特性1 1 应变层临界厚度发生应变驰豫现象时的应变层厚度称为应变层临界厚度，用I I l c 表示。目前与实验结果吻合较好的是R P e o p l e 和J C B e a n t a 根据能量平衡模型导出的计算式：h。-(半)I n(者孟)(1)其中晶格失配率：f=O t$i O e-O t$i 一=0 0 4 2 xa 箭(2)式中：a。；为S i。I 气固溶体的晶格常数；a 爱为S i 的晶格常数。由鬼的计算式可以得出，随着G e 组分工的增加，I l c 减小。I l c 越小，响应波长越向长波方向靠近，但同时使得光吸收减少，响应度减小。解决的办法有：(1)制作多周期应变S i，-D c x 超晶格结构以获得一定的光吸收层厚度，但如果锗组分j c 较高，则在S i 材料上外延S i。-f-把z 材料会产生晶格失配，所以很容易引起较多的位错和缺陷，从而加大了外延工艺的难度。(2)采用谐振腔增强吸收技术来提高探测器的响应能力和灵敏度。1 2 能带变窄应变S i G 岛层中，类硅的6 度简并x 导带能谷分裂为一个的4 度简并导带和一个2 度简并导带，同时价带中简并的轻空穴和重空穴也随之分裂，重空穴能量提高，应变S i，缸；薄层的禁带宽度由重空穴带和4 度简并的导带底决定，禁带宽度变窄。而根据D V L a n g 等旧人的研究表明，室温条件下，应变S i。如层的禁带宽度互舡)与G e 组分工的关系可用简单模型墨“)=1 1 2-0。7 4 x(e V)表示。所以随着G e 组分工的增加，禁带宽度取工)减小，光吸收向长波长方向延伸越显著。1 3 折射率n 增加应变S i，算岛层的折射率n 比S i 的折射率有所增加。其增量由两部分组成：A n=A n。+A n,，其中，l c 是G e组分引起的折射率增量，A n。是由应变引起的折射率增量。对于小于临界层厚度的应变S i l 届乞层，A n。很小可以忽略不计。而A n。是一个与G e 组分有关的量，有多种模型来描述。当G e 组分较低时，常采用红外移动模型，假定应变S i t 墒层的折射率，l 随入射光波长变化的关系曲线相当于硅的折射率随入射光波长变化的关系曲线的平移，当G e 组分工低于0 2 时：f 0 0 9 x(非应变)A n。=t O 1 8 x(应变)1 4 亚稳态特性由于应变能的存在使处于应变结构中的晶格原子的能量较体硅(非应变硅)晶体原子高，其激活能比体硅晶体原子低，所以高温环境很容易使应变S i。G e，层中的原子被激活，引起应变S i。“也层驰豫，形成大量位错和缺陷，因此在应变S i。f-,e x 层的外延生长过程中和后续的工艺流程中，都不能采用长时间的高温加工工艺。2 外延与结构设计S i 基S i G e 探测器采用p-S i G e i-S i G e n-S i G e 组成的P I N 台面结构，如图l 所示。为了减小探测器的暗l1 0 0m nS L G e。n(S b)5 x l O”咖1l3 0 0t i mi S i。G e,7C t h 2 5 0r i mS t,。G e。，P(B)5x 1 0”c m l3 0l l mS i os G e。5b u f f e rl a y e rP(B)5 x 1 0”c m!1 5 0n mi-S iS is u b s t r a t ep-(B)l x l 0”e m 图1 硅P I N 光电探铡器结果示惹图F i g 1C o n f i g u r a t i o no fS i G eP I Np h O t o d 既e c t o r电流，衬底的掺杂浓度设计为l x l O 碍c m-3，衬底上是一个p-i-n 结构，P 区和N 区是重掺杂区，设计N 区的掺杂浓度比P 区高一个数量级，可以使N 区厚度相对薄一些，以此来提高探测器的有源区对光的吸收。为了保证材料的生长质量，在衬底上分子束外延一薄层i-S i 缓冲层和S i o 5 G 5 应变缓冲层，其中设计G-e 组 红外与激光工程第3 7 卷分为0 5，可以使探测器的响应波长范围向长波长方向扩展。另一方面，高G e 组分S i G e 材料的生长也需要采用缓冲层技术来解决异质外延所带来的晶格失配问题。高温生长本征层是为了提高材料生长的速度，而低温生长S i 0 如e 0。应变缓冲层是为了降低材料生长时的位错和缺陷，同时使生长的材料致密。光由1 1-S i 顶层垂直入射，使用S i O。薄膜作为抗反射膜和钝化膜。以掺杂浓度为l x l O 廿c m-3，(1 0 0)晶向的P 型硅为衬底进行S i G e 外延片的生长。首先在6 0 0 下分子束外延1 5 0n m 的i S i 缓冲层，以获得清洁、平整的表面吲，接着衬底温度降到低温(1 2 0-2 0 0)，再在其上生长3 0n mS i o 如e o 5 应变缓冲层，掺杂浓度是5 1 0 mc m-3；衬底温度又很快升高到5 5 0o C，分子束外延2 5 0n mS i o 5 G e 0 5 层，B 的掺杂浓度为：P+(B)=5 1 0 坞c m，在6 0 0o c 下分子束外延3 0 0n mi-S i 0 5 G e o 5 在2 5 0 下分子束外延1 0 0n ms i o 5 G e o 5，S b 的掺杂浓度为n*(S b)=f，x 1 0 1 9 c m*o器件的制备应采用成熟的硅工艺，用反应离子刻蚀管芯台面，为避免高温对材料的影响，采用低温等离子增强化学气相淀积(P E C V D)生长S i O。薄膜，真空蒸发形成阳极和阴极。积的增大，器件的响应电流也增大。在相同的阴极偏压下探测器的暗电流如图4 所示，探测器的暗电流比其响应电流小6 8 个数量级，可见，所设计的探测器的暗电流较小，且较理想。图3 一lV 偏压下不同有源区面积探测器的响应电流比较F i g 3C o m p a r i s o no fr e s p o n s ec u r r e n tf o rp h o t o-d e t e c t o rw i t hd i f f e r e n ta c t i v ea mB n d e r lV3 器件模拟及结构采用S i l v a c o 公司的基于物理的器件模拟软件图4 1V 偏压下不同有源区面积探测器的暗电流比较A t l a s 进行器件模拟，它可以模拟指定器件的电学特研g 4c o m p a r i s o no fd a r k。u r l tf o rp h o t o-d e t e c t o rw i t h性，探索器件的内部物理机制。它包括结构声明、材料m H 一a c t i v ca r e a 岫蛔-1V模型声明、数值方法选择、解决方案声明和结果分析5探测器的响应速度是由探测信号的上升或下降时部分。采用A t l 勰软件模拟了有源区面积分别为间来衡量的，在光纤通信中，要求接收端的光探测器能2 0 斗m 2 0 汕m、3 0 岬3 0 岬、4 0 岬4 0 m、够对光纤中的高速调制光脉冲信号快速响应，从而提5 0 斗m 5 0 斗m 的相同器件结构的探测器的性能。高信噪比，降低系统的误码率删。图5 是各个探测5 0w m x 5 0 m 的锗硅探测器的结构如图2 所示。图2 有源区为5 0w m x 5 0 岬探测器的结构仿真图F i g 2S t r u c t u r es i m u l a t i o no fp h o t o-d e t e c t o rw i t ha c t i v e 卸鼢o f5 0 肛m x S 0w m当阴极电压为一lV 时，不同有源区面积的探测器的D C 特性如图3 所示，可见，随着器件有源区面图5 不同有源区面积探测器的响应时间模拟结果F i g 5S i m u l a t i o no fr e s p o n s et i m ef o rp h o t o 妣rw i t hd i f f e r e n ta c t i v ea r e a器的响应速度的模拟，由图可见，探测器的响应时间约为3 8 x 1 0 棚S，均在纳秒数量级，探测器的响应速度比较理想。第3 期李欢等：高锗组分P 矾锗硅光电探测器设计与模拟当入射光功率为2 5W c m 2 时，探测器的光谱响应模拟结果如图6 所示，该探测器在8 5 0n m 左右具有较好的光响应，响应波长可以扩展到1 3 斗m，实现了长波长范围的光检测。图6 有源区面积不同的探测器的光谱响应F 培6S p e c t r a lr e s p o n s ef o rp h o t o-d e t e c t o rw i t hd i f f e r e n ta c t i v ea r 髓采用L c d i t 软件设计了探测器结构，如图7 所示。最小线宽为2 斗m，探测器的光敏区面积都为5 0 m 5 0 仙m。图7 探测器的结构F i g 7L a y o u to fp h o t o-d e t e c t e r4 结论设计了应变锗硅缓冲层上的高G e 组份P I N 光电探测器的外延材料和结构，采用S i l v a c o 器件模拟软件对此结构的探测器进行了器件模拟，得到了较好的模拟结果，探测器的响应速度约为3 8 x 1 0-9s，探测器的光谱响应范围为0 7-1 4p m，峰值响应波长约为8 5 0n m，探测器的暗电流低达1 0-1 4“m。制作长波长S i G e 探测器，材料生长是关键，而采用应变S i。鞍。缓冲层技术可以很好地解决高G e 组分探测器在材料生长中遇到的问题，提高晶体生长的质量，使探测器的响应波长向长波长方向移动，多方面优化了探测器的性能，下一步的工作是进一步优化材料参数以及器件版图，以期进一步提高探测器的主要参数水平。参考文献：f 1】H U A N GFY Z H UXT A N N E RMo c a 1 N o m a l-i n c i d e n c es t r a i n e d-l a y e rs u p e r l a t t i e eG e 岱i o s t S ip h o t o d i o d c sn e a r1 3 吡叨A p p lP h y sk!t t 1 9 9 5，6 7(4)：5 6 6-5 6 8 H U A N GFY，W A N GKL。N o m a l-i n c i d e n c ec p i t a x i a lS i G c Cp h o t o d e t e c t o rs c a r1 3 仙mw a v e l e n g t hg r o w no nS is u b s t r a t e A p p lP h y sL e t t，1 9 9 6，6 9(1 6)：2 3 3 0-2 3 3 2 S H A OX i a o-p i n g，R O M 附匝LSL，O M E RBA 眈a 1 1 3p a np h o t o r e s p o n s i v i t yi nS i-b a s e dG e l kp h o t o d i o d e s J A p p lP h yL e a，1 9 9 8，7 2(1 5)：1 8 6 1 8 8 A N GR u o-l i a n，L U OZ h i-y u n，C H E NW e i-r a i n，e ta 1 S i l 捌S iI n f r a r e dP h o t o d e t e c t o r s【J】J o u r n a lo fO p t o e l e e t r o a i e s I J l s c r(o r 若琏，罗志云，陈卫民，等S i。别S i 红外光电探测器光电子激光)，2 0 0 0，1 1(1)：1 7 1 9 J U T Z IM，B E R R O T HM。W i 5 8 LG，e ta 1 S i G eP I Np h o t o d e t e c t o rf o ri n f r a r e do p t i c a lf i b e fl i n k so p e r a t i n g 砒1 2 5 G b i t s J A p p l i e dS u r f a c eS c i e n c e。2 0 0 4。2 2 4：1 7 0 1 7 4 L IC h u a n-b o，H U A N GC h a n g-j u n，a 旺烈GB u-w e l l，e ta 1 P r o g m s so fr e s e a r c hO l l1 5 5p a l lS i G ep h 砷)d 鼬e c t c 璐【J】S e m i c o n d u c t o rO p t o e l e c t r o m e s(李传波。黄昌俊。成步文，等1 5 5 岬S i 基光电探涮器的研究进展半导体光电)，2 0 0 3，2 4(2)：7 9-8 3 P E O P L E B E A NJC C a l c u l a t i o no fc r i t i c a ll a y e rt h i c k n e s sV e f 文雎l a t t i c em i s m a t c hf o rC-e,S i l S is t r a i n e dl a y e rh e t e r o s t r u c t u r e s J A p p IP l a y sL e t t，1 9 8 5。4 7：3 2 2 3 2 3 P E O P L ER P h y s i c sa n da p p l i c a t i o no fG e x S i l-J S is t r a i n e dq a y e rh e t e r o s t m e t u r e s【J】玎强弧J o u r n a lo fQ u a n t m aE l e c t r o n i c s 1 9 8 6，2 2(9)：1 6 9 6 一1 7 l O B A U E RM，S C H O I J H O R NC，I j n 兀D V I C Hl【，战a 1 m g hG ec o n t e n tp h o t o d e t e c t o rO nt h i nS i G eb u f f e r s【J】M a t e r i a lS e i e n 傀a n dE n g i n e e r i n g，2 0 0 2，B 8 9：7 7 一路。W A N GY i n g-m i I n f l u e n c eo fn o n-u n i f o r m i t yo fI R F P Ar e s p o n s i b i l i t yO ns y s t e ms e n s i t i v i t y【J】I n f r a r e da n dL a 蹄rE n g i n e e r i n g(_ V _ 英瑞红外探测器响应非均匀性对系统灵敏度的影响红外与激光工程)，2 0 0 6，3 S(3)：2 5 8 2 6 1 四嘞嗍嘲嘲忉嘲嗍呻 高锗组分PIN锗硅光电探测器设计与模拟高锗组分PIN锗硅光电探测器设计与模拟作者：李欢，牛萍娟，杨广华，李俊一，张宇，常旭，张秀乐，LI Huan，NIU Ping-juan，YANG Guang-hua，LI Jun-yi，ZHANG Yu，CHANG Xu，ZHANG Xiu-le作者单位：李欢,牛萍娟,杨广华,LI Huan,NIU Ping-juan,YANG Guang-hua(天津工业大学,信息与通信工程学院,天津,300160)，李俊一,张宇,LI Jun-yi,ZHANG Yu(中国科学院,半导体研究所光电子研究发展中心,北京,100083)，常旭,张秀乐,CHANG Xu,ZHANG Xiu-le(河北工业大学,土木工程学院交通工程系,天津,300130)刊名：红外与激光工程英文刊名：INFRARED AND LASER ENGINEERING年，卷(期)：2008，37(3)被引用次数：0次 参考文献(10条)参考文献(10条)1.HUANG F Y.ZHU X.TANNER M O Nomal-incidence strained-layer superlattice Ge0.5Si0.5/Si photodiodesnear 1.3m 1995(04)2.HUANG F Y.WANG K L Nomal-incidence epitaxial SiGeC photodetector near 1.3m wavelength grown onSi substrate 1996(16)3.SHAO Xiao-ping.ROMMEL S L.OMER B A 1.3m photoresponsivity in Si-based Ge1-xSix photodiodes1998(15)4.江若琏.罗志云.陈卫民 Si1-xGex/Si红外光电探测器期刊论文-光电子激光 2000(01)5.JUTZI M.BERROTH M.WOHL G SiGe PIN photodetector for infrared optical fiber links operating at1.25Gbit/s 20046.李传波.黄昌俊.成步文 1.55m Si基光电探测器的研究进展期刊论文-半导体光电 2003(02)7.PEOPLE R.BEAN J C Calculation of critical layer thickness versus lattice mismatch for GexSi1-x/Sistrained layer hetero-structures 19858.PEOPLE R Physics and application of GexSi1-x/Si strained-layer heterostructures 1986(09)9.BAUER M.SCHOLLHORN C.LYUTOVICH K Jigh Ge content photodetector on thin SiCe buffers 200210.王英瑞 红外探测器响应非均匀性对系统灵敏度的影响期刊论文-红外与激光工程 2006(03)相似文献(9条)相似文献(9条)1.期刊论文 李欢.牛萍娟.李俊一.张宇.王伟.LI Huan.NIU Ping-juan.LI Jun-yi.ZHANG Yu.WANG Wei 长波长锗硅光电探测器的材料生长研究-半导体技术2007,32(5)介绍了应变SiGe层的特性,包括SiGe应变层临界厚度与Ge组分的关系,能带变窄,折射率增加以及应变SiGe层的亚稳态特性.然后从材料生长方面入手,提出了4种改善长波长锗硅光电探测器性能的方案,包括采用生长缓冲层来减小位错的方法、生长高组分表面起伏多量子阱的方法和生长Ge岛超晶格的方法,随之给出了相关的实验结果,并对这4种方案进行了分析.最后对上述内容进行小结,并对Ge量子点共振腔增强型光电探测器的应用前景进行了探讨与展望.2.期刊论文 李欢.牛萍娟.李俊一.张宇.LI Huan.NIU Ping-juan.LI Jun-yi.ZHANG Yu 近红外锗硅光电探测器的研究进展-光电技术应用2006,21(4)介绍了单片集成硅基光接收器相对于混合集成光接收器在光纤通信领域的应用优势,介绍了与硅微电子工艺兼容的、工作在波长=0.801.60m近红外波段的锗硅光电探测器在单片集成硅基光接收器中的应用价值.描述了SiGe应变层特性.详细评述了近红外锗硅光电探测器的最新研究进展实例并对其未来作出展望.3.会议论文 郭辉.郭维廉.郑云光.郝禄国.李树荣.吴霞宛=0.97m横向PIN结构锗硅光电探测器 2002 采用UHV/CVD锗硅薄膜生长工艺在SOI衬底上生长应变SiGe/Si结构后,用CMOS工艺流水线制作横向叉指状PIN光电探测器.测试结果为:在垂直入射光照射下,其响应波长范围为0.51.2m,峰值响应波长为0.97m,在峰值响应波长的响应度为0.4A/W.在04V的反向偏压下,其暗电流水平低于0.1pA/m,寄生电容小于1pF.与CMOS集成电路制作具有良好的兼容性.4.学位论文 郭辉 SOI/CMOS兼容横向PIN近红外锗硅光探测器的研究 2002 该论文结合国内外最新研究动态,根据80年代中期发展起来的应变SiGe/Si异质结构和超晶格理论,在分析总结国内外有关台面型纵向pin结构应变SiGe/Si多量子阱光电探测器研究成果基础上,首次提出将应变SiGe/Si材料特性、Fabry-Perot谐振腔光场增强吸引效应和pin光电探测器原理等有机结合在一起,利用UHV/CVD锗硅外延工艺和CMOS工艺流水在SOI衬底上制作与SOI/CMOS具有良好兼容性的横向pin结构锗硅近红外光电探测器,设计了合理的版图和工艺步骤,通过工艺流水,成功制作出具有预期特性的管芯.该论文还从半导体基本方程和应变SiGe/Si材料特性出发,提出了器件的工作原理,在合理近似基础上,得出了器件特性参数的解析表达式,证明了器件结构的优点和有效性.为了验证、补充实验和理论分析结果,用SILVACO半导体器件模拟软件,对结构和工艺数据对器件性能的影响进行了模拟分析,获得了与理论和实验相一致的结果,为进一步深入研究提供了指导和参考.5.期刊论文 莫太山.张世林.郭维廉.郭辉.郑云光 横向SOI锗硅光电探测器的数值模拟-半导体光电2003,24(4)采用Atlas对SOI/CMOS兼容横向pin近红外锗硅光探测器进行了模拟分析.结果显示,外延应变SiGe层产生禁带变窄,形成了横向的二维空穴势阱沟道.在3V反向偏压下,电场沿横向均匀分布,光吸收层基本完全耗尽,光生载流子得到有效收集;与Si的光电响应相比,出现较明显的响应波长范围向长波长方向扩展、响应峰值波长向长波长方向移动,证实了探测器结构的有效性和其良好的光电性能.6.期刊论文 李传波.黄昌俊.成步文.王启明 1.55m Si基光电探测器的研究进展-半导体光电2003,24(2)从材料的生长、器件结构的选择等方面对1.55m锗硅光电探测器的研究进展进行了综述,对Ge量子点共振腔增强型光电探测器的应用前景进行了探讨与展望.7.期刊论文 周志文.蔡志猛.张永.蔡坤煌.周笔.林桂江.汪建元.李成.赖虹凯.陈松岩.余金中.王启明.Zhou Zhiwen.Cai Zhimeng.Zhang Yong.Cai Kunhuang.Zhou Bi.Lin Guijiang.Wang Jianyuan.Li Cheng.Lai Hongkai.ChenSongyan.Yu Jinzhong.Wang Qiming UHV/CVD法生长硅基低位错密度厚锗外延层-半导体学报2008,29(2)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5105cm-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.8.期刊论文 郭辉.郭维廉.郑云光.黎晨.陈培毅.李树荣.吴霞宛.Guo Hui.Guo Weilian.Zheng Yunguang.Li Chen.CHEN Peiyi.Li Shurong.Wu Xiawan CMOS兼容近红外Si0.7Ge0.3/Si p-i-n(SOI)光电探测器-半导体学报2002,23(1)报道了一种采用UHV/CVD锗硅工艺和CMOS工艺流程在SOI衬底上制作的横向叉指状Si0.7Ge0.3/Si p-i-n光电探测器.测试结果表明:其工作波长范围为0.71.1m,在峰值响应波长为0.93m,响应度为0.38A/W.在3.0V的偏压下,其暗电流小于1nA,寄生电容小于1.0pF,上升时间为2.5ns.其良好的光电特性以及与CMOS工艺的兼容性,为研制能有效工作于近红外光的高速、低工作电压硅基光电集成器件提供了一种新的尝试,在高速光信号探测等应用中有一定的价值.9.学位论文 张宇 光波导GeSi光电探测器的研究 2007 Si基光电子集成采用成熟价廉的微电子加工工艺，将光学器件与多种功能的微电子电路集成，是实现光通信普及发展的有效途径。Si基OEIC(Optoelectronic Integrated Circuit)光接收机是Si基光通信研究的重要内容。针对光接收机中的光电转换器件一光电探测器，本论文主要做了以下工作：1)对光纤通信系统和光互连的问题做了简要的介绍，简单介绍了光电探测器的主要进展2)主要分析GeSi材料的晶格结构、能带结构，通过对应变层中应力的分析，讨论了折射率、吸收系数、生长GeSi/Si的临界厚度，并在此基础上，对GeySil-y/GexSil-x的临界厚度进行了分析，发现和传统的GexSil-x/Si相比，临界厚度有所提高3)简单阐述了光波导的理论知识，重点介绍了大截面脊形光波导的分析、设计方法一有效折射率法，设计了SiO/Si/SiO脊形光波导(2000um)单模光功率比为0.51；SiO/GeSi/Si脊形光波导(2000um)单模光功率比为0.63，并创新地使用GeSi单晶作为衬底，制作了SiO/GeySil-y/GexSil-x脊形光波导(2000um)单模光功率比为0.63，并对其进行了模拟，为第四章波导型探测器的制作奠定了基础4)使用中科院半导体所2um工艺线，分别在Si衬底和GeSi衬底上制作了不同尺寸的PIN、MSM光电探测器；使用Chartered公司0.35umCMOS工艺制作了PIN、SMI、光电探测器；并使用Silvaco软件中的器件模拟器Atlas对PIN探测器的各种性能参数进行了模拟一光功率为25W/cm光照时，暗电流为2e-12A，击穿电压大于50V，响应时间为5e-8s；响应的峰值波长为620nm，对应的峰值电流为5.2e-6A；最后结合第三章设计的SiO/GeySil-y/GexSil-x脊形光波导，对波导探测器的量子阱结构进行了改进5)对