锗锡薄膜的分子束外延生长与GaAs基集成光电器件研究

发布时间：2021-02-26 21:25

　　在过去的几十年中,IV族半导体光电子器件在光电子集成,高速光通信和高速信号处理方面有着广泛的应用。Ge被认为是基于Si的光电探测器中最佳的候选材料。由于Ge薄膜外延生长技术的突破促使Si上Ge薄膜光电探测器的进步。Ge能带间接带隙小于直接带隙,所以Ge是间接带隙半导体,在光学应用中相对受到限制。为了克服这一困难,合成高质量的GeSn合金引起了人们极大的兴趣。Sn的添加可以降低直接带隙,并且可以通过控制Sn的含量实现吸收红外光波长的可调性,因此GeSn材料在红外光电探测方向有很好的应用前景。在如何制备更高质量GeSn薄膜的研究中,本文在两个方面做了改良。第一,选择GaAs作为基片,GaAs的晶格常数和Ge晶胞尺寸仅相差0.1%,这导致GaAs上的Ge缓冲层中穿透位错的密度远远小于Si上Ge缓冲层。从而大大降低了Ge缓冲层渗入GeSn薄膜中的延伸结构缺陷,从而减少了Sn的表面偏析和塑性松弛。第二,尝试制备三维外延结构的GeSn薄膜,大多薄膜光电探测器的都是二维平面结构的,制备三维外延结构的薄膜光电探测器可以改良二维结构的薄膜光电探测器的性能。本文尝试制作了二维结构的GaAs-GeSn薄膜P... 

【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
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第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 GaAs-GeSn薄膜及光电探测器研究概述
        1.2.1 GeSn薄膜概述
        1.2.2 GaAs-GeSn光电探测器概述
    1.3 本文的主要研究内容
第二章 GeSn光电探测器的相关理论
    2.1 砷化镓基GeSn薄膜PIN光电探测器的相关理论
        2.1.1 GaAs-GeSn合金的基本性质
        2.1.2 P-I-N结构光电探测器原理
        2.1.3 薄膜光电探测器的三维外延结构原理
    2.2 砷化镓基GeSn光电探测器制备工艺
        2.2.1 分子束外延生长原理
        2.2.2 磁控溅射生长原理
        2.2.3 半导体光刻刻蚀技术
    2.3 实验测试方法
        2.3.1 X射线衍射
        2.3.2 X射线光电子能谱
        2.3.3 扫描电子显微镜与电子探针分析
        2.3.4 原子力显微镜
        2.3.5 拉曼光谱测试
        2.3.6 红外光谱测试
        2.3.7 暗电流及光暗电流比测试
    2.4 本章小结
第三章 二维GaAs-GeSn薄膜及其光电探测器性能研究
    3.1 二维GaAs-GeSn薄膜及光电探测器制作流程
        3.1.1 二维GaAs-GeSn薄膜的制备流程
        3.1.2 二维GaAs-GeSn光电探测器的制备流程
    3.2 二维GaAs-GeSn薄膜微观结构和性能研究
        3.2.1 二维GaAs-GeSn薄膜AFM表面形貌表征
        3.2.2 二维GaAs-GeSn薄膜XRD表征
        3.2.3 二维GaAs-GeSn薄膜XPS分析
        3.2.4 二维GaAs-GeSn薄膜拉曼图谱分析
    3.3 二维GaAs-GeSn薄膜红外吸收光谱分析
    3.4 二维GaAs-GeSn薄膜光电探测器性能分析
    3.5 本章小结
第四章 三维GaAs-GeSn薄膜及光电探测器性能研究
    4.1 基于三维外延结构GaAs-GeSn光电探测器的制备工艺
    4.2 三维GaAs-GeSn薄膜微观结构和性能研究
    4.3 不同刻蚀深度三维GeSn光电探测器性能分析
    4.4 本章小结
第五章 全文总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
致谢
参考文献
硕士期间所取得的研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]近红外光电探测器的发展与应用[J]. 吴国安,罗林保.  物理. 2018(03)
[2]光刻胶用底部抗反射涂层研究进展[J]. 王宽,刘敬成,刘仁,穆启道,郑祥飞,纪昌炜,刘晓亚.  影像科学与光化学. 2016(02)

博士论文
[1]石墨烯/硅异质结光电探测器性能研究[D]. 朱淼.清华大学 2015

硕士论文
[1]锗锡薄膜的分子束外延生长与光电探测器性能研究[D]. 肖勇.电子科技大学 2018
[2]GeSn发光二极管研究[D]. 魏璇.西安电子科技大学 2014



本文编号：3053195