直接带隙硅基超晶格Ⅵ_((A))/Si_m/Ⅵ_((B))/Si_m/Ⅵ_((A))的设计

Si基光发射材料由于它具有与先进的Si微电子技术兼容和成本低廉的优势,是光电子集成(OEIC)工程应用的首选材料.但由于体材料Si属于间接带隙半导体,不可能成为有效的光发射体.如何设计具有直接带隙硅基材料,备受实验研究工作者和材料设计理论工作者的关注.本文介绍一种新的硅基超晶格Ⅵ(A)/Sim/Ⅵ(B)/Sim/Ⅵ(A)的能带结构计算.在密度泛函理论框架内,采用混合基从头算赝势法模拟计算表明,其中Se/Si6/O/Si6/Se及Se/Si6/S/Si6/Se超晶格具有相当理想的直接带隙特征,其带隙处于红外波段.预期这类新材料及有关器件会有优越的光发射和各种光学性能,其制作也可较方便地与硅微电子工艺兼容.预计该材料在信息光电子领域将有强大的应用潜力.     

HV/CVD Grown Relaxed SiGe Buffer Layers for SiGe HMOSFETs

High-vacuum/chemical-vapor deposition (HV/CVD) system was used to grow relaxed SiGe buffer layers on Si substrates. Several methods were then used to analyze the quality of the SiGe films. X-ray diffraction and Raman spectroscopy showed that the upper layer was almost fully relaxed. Second ion mass spectroscopy showed that the Ge compositions were step-graded. Transmission electron microscopy showed that the misfit dislocations were restrained to the graded SiGe layers. Tests of the electrical properties of tensile-strained Si on relaxed SiGe buffer layers showed that their transconductances were higher than that of Si devices. These results verify the high quality of the relaxed SiGe buffer layer. The calculated critical layer thicknesses of the graded Si1-xGex layer on Si substrate and a Si layer on the relaxed SiGe buffer layer agree well with experimental results.     

硅基半导体光电子材料的第一性原理设计

具有特定功能的半导体材料的计算设计，是计算材料科学的一个重要研究领域．由于半导体的诸多性质取决于价带顶和导带底的电子态及其中的载流子分布，因此带隙的大小和能带极值的对称性便成为半导体材料设计最受关注的问题．为了进一步解决硅基光电子集成（OEIC）技术发展的瓶颈．设计具有直接带隙特性的硅基新材料并使其成为有效的光发射体，是一项富有挑战性的工作．本文在分析大量半导体能带结构的基础上，给出类sp系列半导体由间接带隙过渡到直接带隙的主要物理机制，并以对称性概念、芯态效应和电负性差效应为基础，提出一种新的直接带隙半导体材料设计方案．根据这个方案所表达的设计思想，我们对当前十分受关注的硅基光发射材料进行了计算设计．结果发现，用VI族元素在硅生长时进行周期性插层的、具有正交和四角点群对称性的人工微结构材料VIA／Sim／VIB／Sim／VIA具有直接带隙特性．其中当m=5或奇数时，材料有四角结构对称性，而m=6或偶数时是正交结构对称性．VI“。。是在〈001〉生长方向生长的单层VI族元素．这类材料的优点在于可自然地与硅实现晶格匹配，与微电子技术相兼容，并可较容易的用现行的MBE、MOCVD或UHV-CVD生长方法实现．预期这类新材料及其相应器件的研制开发．将大大开拓全硅OEIC和硅光子集成（PIC）技术的进一步发展．     

面向21世纪的Si基光子学

Si基光子学是近年来在半导体光电子学和纳米材料科学领域中迅速发展起来的一个新型分支学科,旨在研究各类Si基低维材料的发光特性,各种Si基光子器件的设计与制作,并进而实现用于现代光通信技术的全Si光电子集成电路。预计在未来10年内,随着Si基纳米材料发光效率的提高,器件制备技术的进步和光电子集成工艺的成熟,Si基光子学的研究将出现重大突破性进展,并很有可能引发一场新的信息技术革命。本文着重介绍了用于Si基光电集成的光子学材料、器件与工艺在近3~5年内所取得的研究进展,并预测了它们的未来发展趋势。     

氧离子束辅助激光淀积生长ZnO/Si的XPS研究

利用X射线光电子能谱深度剖析方法对ZnO/Si异质结构进行了分析，用该法可生长出正化学比的ZnO，不过生长的ZnO薄膜存在孔隙，工艺还有待进一步改进。     

近红外光区一维光子晶体高反射镜的设计

研究设计了适用于近红外光区(1 000～2 000nm)且具有异质结构的一维光子晶体宽禁带高反射镜.选取TiO2和SiO2两种常见材料构造一维光子晶体的异质结构,采用传输矩阵的方法计算光子晶体的反射率;并通过数值模拟分析横磁波(TM)和横电波(TE)从空气介质中入射时光子晶体的反射谱.结果表明:设计的具有异质结构的一维光子晶体对TM波在0°～20°和TE波在0°～25°均有较高的反射率(大于0.999 98).设计的宽禁带高反射镜是为了适应可调红外气体激光器和半导体红外可调器谐振腔激光技术发展的需要,也可代替带宽窄、反射率低的传统反射镜应用于各种近红外光谱仪.     

硅基钠米材料发光特性的研究进展

近年，硅基低维材料物理与工艺的研究预示，硅基光电子学将是今后半导体光电子学的一个主要发展方向，而硅基低维发光材料又将成为半导体光电子集成技术的主要基础材料。随着硅基超晶格、量子阱和多孔硅研究的不断深化以及纳米科学技术的日益发展，硅基发光材料正向纳米方向开拓。本文将主要介绍硅基纳米材料，如采用各种成膜技术在不同衬底表面上制备的高质量纳米硅（ｎｃ－Ｓｉ：Ｈ）膜，镶嵌在各种介质，如　－Ｓｉ：Ｈ、ＳｉＯ２或ＳｉＮｘ中的纳米晶硅，以及利用自组织生长的Ｇｅ、Ｓｉ以及ＧｅＳｉ纳米量子点的光致发光特性及其最近研究进展。     

LPE法生长GaP/Si材料初探

用普通的液相外延(LPE)方法,在Si衬底上生长了厚约10μm的GaP外延层,并对以Ga,In或Sn为生长熔体进行生长得到的结果做了比较.结果表明,Si在Ga中溶解度很大,Ga不适合做熔体;In为熔体时生长出InGaP合金,Si含量较高,而且出现化学计量比偏离现象;Sn为熔体生长的GaP层中Si含量小于In熔体,而且GaP符合化学计量比.测得GaP外延层带隙波长为540     

用于光网络通信的Si基光子集成器件的研究

报导了可用于光网络系统终端OADM和OXC的Si基长波长量子阱窄带响应光电接收器 ,MOEMS和F_PTO宽频域光学滤波器 ,M_Z型TO光开关和MMI多路分束器以及可变光强衰减器 .用应变层SiGe/SiMQW研制的RCE光电接收器响应谱半宽FWHM <6nm ,外量子效率 η >4 .2 % ;采用表面微机械加工的桥式光学滤波器 ,当外加电压 0→ 50V ,连续可调谐范围达 90nm ;采用全平面工艺研制的F_P腔TO滤波器 ,当外加电流 0→ 57mA时 ,连续可调谐范围达 2 3nm ,FWHM <0 .5nm .在SOISi基片上研制的M_ZTO波导光开关 ,开关时间 <30 μs,功耗～ 10 0mW .开关消光比_13dB和_10dB ,1× 4MMI多路分束器输出光场的不均衡性 <0 .36dB ,总插入损耗 6 .9dB .用背向对接的MMI构成的M_Z干涉仪实现了光强的可变调最大衰减量 2 6dB ,响应时间 10 0 μs,插入损耗 4 .8～ 7dB .     

GaN基场效应器件Monte Carlo模拟

基于AlGaN/GaN异质结的高电子迁移率晶体管(HEMT)在高温、高功率微波器件方面有极其重要的应用前景.文章用自洽-耦合蒙特卡罗(Monte Carlo)方法对AlGaN/GaN异质结构场效应晶体管作了模拟,给出了器件直流特性的Monte Carlo模拟结果,包括器件的粒子分布及器件的等势线分布,最后给出器件在不同栅电压下的直流输出特性.文章的模拟结果对研究GaN基场效应器件有指导意义.