锗锡薄膜的分子束外延生长及退火研究

无应变锗锡(GeSn)合金在Sn的摩尔组分高于8%时能够转变为直接带隙材料，适合于制备硅基光电子器件.分子束外延(MBE)在高纯度GeSn制备、Sn组分和异质界面的精确调控上具有巨大的优势.然而，由于Sn在Ge中的固溶度低(<1%)、Ge与α-Sn晶格失配大(约14.7%),高Sn组分、应变弛豫直接带隙GeSn薄膜材料的MBE制备仍是一个巨大的挑战.本文综述了MBE制备高Sn组分GeSn薄膜及弛豫GeSn薄膜压应变的相关研究.首先介绍了低温MBE技术外延高Sn组分GeSn薄膜的方法及生长应变弛豫GeSn薄膜的挑战.之后给出GeSn薄膜的快速热退火行为与厚度的依赖关系，基于临界厚度模型捋清了退火过程中GeSn薄膜的应变弛豫与Sn偏析的竞争机制；最后介绍了快速热退火对GeSn薄膜发光特性的影响，提出采用快速热退火制备应变弛豫的Sn组分渐变GeSn异质结，通过载流子自限制增强MBE生长GeSn薄膜的光致发光强度.     

硅基Ⅳ族材料外延生长及其发光和探测器件研究进展

硅基光电集成回路是信息时代最具影响力的核心技术之一,由硅基光源、光电探测器、光调制器等模块组成.硅材料是微电子集成电路的基石,然而在光电集成方面却遇到了瓶颈.首先,由于硅是间接带隙材料,其发光效率极低,因此难以应用于硅基高效光源的研制.其次,硅在近红外通讯波段吸收系数很低,因此在近红外光电探测器的应用中具有较大的局限性.然而,研究者发现,通过能带工程将硅与其他Ⅳ族材料相融合不仅可以有效提高直接带高效发光效率,同时能使材料在近红外波段具有较高的吸收系数.因此,以Ⅳ族材料为基础,与硅工艺兼容的硅基光电集成回路引起了研究者的广泛关注.本文综述了课题组在硅基材料外延生长及其发光和探测器件方面的研究进展.介绍了硅基Ⅳ族材料Ge,SiGe/Ge异质结和量子阱材料的外延生长技术,以及硅基GeSn量子点发光材料的制备新方法.基于硅基Ⅳ族异质结构材料,发展调制金属与半导体接触势垒高度新机理,研制了多种结构的光电探测器.设计并制备了与互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor,CMOS)结构兼容的横向异质结以及双有源区垂直共振腔型两种结构硅基电致发光器件,有效提升器件的发光性能,并观察到应变锗发光增益现象.