Si基Ge MSM光电探测器的研制
制备响应波长在1.3和1.55μm，并具有高响应速度、高量子效率和低暗电流的高性能光电探测器，不仅是光通信技术发展的需要，也是实现硅基光电集成的需要。Ⅲ-Ⅴ族半导体材料在1.3～1.55μm具有较大的吸收系数，是理想的吸收区材料；然而，Ⅲ-Ⅴ族半导体材料价格昂贵、导热性能不好，机械性能较差，并且与现有成熟的硅基工艺兼容性差，限制了其在光电集成技术中的应用。而SiGe材料与Si基微电子器件的制作工艺相兼容，应变的外延Ge材料吸收波长扩展到了1.6μm以上，因此研究Si基外延纯Ge探测器引起人们极大兴趣。本论文就是围绕Si基外延Ge探测器开展的，研制出了工作于长波长的Si基外延Ge金属-半导体-金属光电探测器和SOI基外延Ge共振腔增强型金属半导体金属光电探测器。
本论文包括材料生长、器件性能模拟以及器件的制备工艺、性能测试等研究工作，主要内容有：
(1)采用超高真空化学汽相淀积(UHV/CVD)系统，通过优化生长条件，用低温缓冲层技术在Si和SOI(001)衬底上成功生长出厚的纯锗外延层。对材料的表征结果表明，外延锗层具有低的位错密度、好的结晶质量和平整的表面。
(2)以共振腔增强型探测器(RCE)的理论为基础，详细分析了制约RCE探测器量子效率、波长选择性等的主要参数如前后反射镜的反射率、吸收长度等。利用传输矩阵方法理论模拟了SOI基纯Ge RCE-MSM探测器的性能。
(3)详细研究了Ge探测器的制作流程和关键工艺技术，在现有的条件下摸索了小尺寸线条的光刻、ICP干法刻蚀等参数对线条、侧壁粗糙度的影响，成功制备出Si基Ge MSM探测器和SOI基Ge RCE-MSM探测器。
(4)测试并分析了器件的电学特性和光谱响应。结果表明：两种结构的探测器都具有较小的暗电流。在8V偏压下，SOI基纯Ge MSM探测器和Si基纯GeMSM探测器在1.55μm处的响应度分别为1.45mA/W和0.63mA/W。并观察到RCE MSM探测器的的共振效果。
光电探测器;Si基;Ge MSM;光通信技术;半导体
厦门大学
硕士
凝聚态物理
李成
2008
中文
TL814;TN36
69
2009-07-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）