锗锡合金中锡的迁移动力学研究

基本信息
批准号:61774143
项目类别:面上项目
资助金额:67.00
负责人:成步文
学科分类:
依托单位:中国科学院半导体研究所
批准年份:2017
结题年份:2021
起止时间:2018-01-01 - 2021-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:罗丽萍,杨帆,张永旺,李秀丽
关键词:
异质外延发光锗锡迁移生长动力学
结项摘要

Combining the photonic technology and mature microelectronic technology together, Si-based optoelectronics has comprehensive application prospect in optical communication, optical connection and sensing. The Si-based laser compatible with the CMOS processing is still not realized. It becomes the biggest obstruction for the development of Si optoelectronics. GeSn alloy is a novel group-four semiconductor. When the Sn composition is larger than 8%, GeSn will transform from indirect to direct energy band. So, GeSn is considered as the key material for Si-based laser. But it is very difficult to grow GeSn with high Sn composition and high crystalline quality simultaneously. In this project, we propose to treat the as-grown GeSn by annealing, via the segregation or diffusion of the Sn in the GeSn alloy to form GeSn alloy luminescence material with high Sn composition and high quality. The migration dynamics of Sn in GeSn will be studied and the migration rule will be ascertained. The effect of the defect and strain to the Sn migration will be researched and the method will be obtained to control the Sn migration. According to the research, GeSn alloy with direct energy bandgap will be formed and the energy structure and luminescence properties will be studied. Using the formed GeSn alloy material, GeSn light emission devices will be fabricated.

硅基光电子学将光子学技术与成熟的微电子技术融合,在光通信、光互连、光传感等领域有广泛应用前景。与CMOS工艺兼容的硅基激光器是制约硅基光电子发展的最大障碍。GeSn合金是近年研究最热门的四族半导体材料,当Sn组分达到约8%以上时,GeSn将由间接带隙转变为直接带隙材料,被认为是硅基激光器的希望。然而,要实现高组分同时保持高的晶体质量具有很大挑战。课题提出通过对外延生长的GeSn材料进行后续退火等处理方式,利用Sn在GeSn中的凝聚或者扩散过程,制备高质量高Sn组分的GeSn合金量子结构发光材料。课题将研究GeSn合金中Sn的迁移动力学过程,研究GeSn中的缺陷和应变的引入对Sn迁移的影响,探明Sn的迁移规律;掌握控制Sn迁移的有效方法;制备出高Sn组分同时晶体质量优良的GeSn直接带隙材料,研究其能带结构和发光特性;用制备的材料试制GeSn高效发光器件。

项目摘要

硅基光电子学将光子学技术与成熟的微电子技术融合,在光通信、光互连、光传感等领域有广泛应用前景。与CMOS工艺兼容的硅基激光器是制约硅基光电子发展的最大障碍。GeSn合金是近年研究最热门的四族半导体材料,当Sn组分达到约8%以上时,GeSn将由间接带隙转变为直接带隙材料,被认为是硅基激光器的希望。然而,要实现高组分同时保持高的晶体质量具有很大挑战。课题研究了分子束外延GeSn合金、锡自催化生长GeSn材料、快速熔融法生长GeSn材料,重点研究GeSn合金中Sn的迁移动力学过程,基本探明了Sn的迁移规律,掌握了控制Sn迁移的有效方法,制备出了Sn组分达20%的GeSn合金材料。研制出了GeSn/Ge多量子阱波导结构室温工作高效发光器件,GeSn量子阱中Sn组分为9%,发光波长为2160纳米,电流密度200KA/cm2时输出光功率为2微瓦。我们还研制出了 Ge1-xSnx/Si0.1Ge0.85Sn0.05 (x =7.3%和8.5%)多量子阱面发射发光二极管,发光波长分别为1980纳米和2060纳米。这些研究结果为硅基激光器的实现打下了良好基础。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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