InGaAs/Si的MOCVD生长特性及硅基激光器热应力研究
发布时间：2024-03-14 18:58
基于云的应用和数据中心的快速增长,对高容量和紧凑型光链路的需求显著增加。通过将光电子器件和成熟的硅基微电子器件进行集成,即光电集成,有助于解决这些需求。然而,硅基光电集成系统中可靠、低成本和高效率的硅基光源问题,尤其是1550nm通信波段的硅基光源问题还没有很理想的解决方案。尽管晶圆键合技术已被广泛研究用于Ⅲ-Ⅴ/Si集成,但是目前仍然存在产量和可扩展性问题。在Si衬底上直接外延生长Ⅲ-Ⅴ族材料被认为是实现Si基光源的最有潜力的方法之一。目前,用于实现1550 nm波长硅基光源的常用Ⅲ-Ⅴ族材料主要为InGaAsP/InP材料系。其中,InP材料与Si之间有～8%的晶格失配,因此在Si衬底上直接外延生长InP材料将会引入高密度位错。为了降低位错密度,通常需要引入缓冲层、应变超晶格等结构,最终使得通过InP材料制备的Si基激光器结构复杂,不适合于后续器件的制备和集成。基于InGaAs/Si虚拟衬底的硅基激光器制备是通过在Si衬底上外延适当组分的InGaAs材料,将InAs/（In）GaAs QD激光器波长扩展至1550 nm通信波段,从而实现长波长激光器。相比于InP与Si之间的晶格失配...
【文章来源】：北京邮电大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
于衬底和外延薄膜始终保持着一致性，因此当外延层晶格常数大于衬底晶格常数时，会产生压应变。相反，当外延层晶格常数小于衬底晶格常数时，产生张应变。图１－１是压应变的外延层沉积在衬底上的赝形生长和异变生长的示意图。｜丨Ｉ｜｜｜—ＥｌａｓｔｉｃｓｔｒａｉｎＰｌａｓｔｉｃｒｅｌａｘａｔｉｏｎ图ｌ－丨赝形生长和异变生长的示意图应变过大时会发生应变释放，这会导致外延层和衬底交界面产生线缺陷，这种线缺陷就是失配位错。失配位错会沿着晶面向外延层表面传播。对于异变外延来说，通常晶格常数的差值越大，生长过程中产生的穿透位错密度越高。穿透位错的密度极大地影响着外延层的质量，也影响着后续器件的制备以及器件的寿命。
还会使得多数载流子的散射増加，进而影响器件的性能［２Ｑ１。??國??图１?－２闪辞矿晶格结构??１．２．２?ＩｎＧａＡｓ／Ｓｉ异变夕卜延研究进展??在上一节中，我们介绍了?Ｓｉ和ＩｎＧａＡｓ材料之间本质物理特性的不同，导致??在Ｓｉ衬底上外延ＩｎＧａＡｓ材料存在着诸多困难：包括晶格失配导致的高密度位??错，热失配导致的应力，极性失配导致的反向畴。其中反向畴问题可以通过使用??４??
?发生反应的反应室和加热系统、用于流量控制的控制系统、用于原位监测的原位??监测系统以及用于用于尾气处理的尾气处理系统。如图２－１所示：??在这里我们主要介绍气体输运系统。气体输运系统的功能是向反应室内输运??：?ｔ．?ｆｒ?ｉ??國网?！?洗气塔??！￣ｒＳ?：ｕ??？?，——?图［Ｍｋ！?Ｉ?真；泵??载??气生长／放空多路阀门ｆｆ??ＬＪｉｉｌｉＬ?｜?Ｍ１＾７－．．．．．．．．．．．Ｊ??．．．．．．．．．．．．．．．．．．．Ｊ?．?ｊ?］??ｌｉｎｉｎ＇?：?ｊ?Ｗｔ＆ｍＷＭＭ??ｉ?］＿ｚｚ￣ｒ?ｓ??ｉ?Ｉ??图２－１?ＭＯＣＶＤ生长系统示意图??各种反应剂，比如金属有机源即ＭＯ源和氢化物源等，以及通过各路阀门控制反??应剂的输入路径、输入顺序和输入计量等，从而实现特定外延层材料的生长。如??上图所示，气体输运系统主要包括：用于将ＭＯ源带到反应室的载气供应子系??统，用于发生反应的氢化物供应子系统和ＭＯ源供应子系统，以及生长／放空多??路组合阀门。ＭＯＣＶＤ生长中需要使用高纯度载气，在ＩｎＧａＡｓ／Ｓｉ的ＭＯＣＶＤ外??延生长中，使用的载气是高纯度氢气。实验中使用到的氢化物为ＡｓＨ３，氢化物??是挥发性的气态物质
本文编号：3280870
【文章来源】：北京邮电大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
于衬底和外延薄膜始终保持着一致性，因此当外延层晶格常数大于衬底晶格常数时，会产生压应变。相反，当外延层晶格常数小于衬底晶格常数时，产生张应变。图１－１是压应变的外延层沉积在衬底上的赝形生长和异变生长的示意图。｜丨Ｉ｜｜｜—ＥｌａｓｔｉｃｓｔｒａｉｎＰｌａｓｔｉｃｒｅｌａｘａｔｉｏｎ图ｌ－丨赝形生长和异变生长的示意图应变过大时会发生应变释放，这会导致外延层和衬底交界面产生线缺陷，这种线缺陷就是失配位错。失配位错会沿着晶面向外延层表面传播。对于异变外延来说，通常晶格常数的差值越大，生长过程中产生的穿透位错密度越高。穿透位错的密度极大地影响着外延层的质量，也影响着后续器件的制备以及器件的寿命。
还会使得多数载流子的散射増加，进而影响器件的性能［２Ｑ１。??國??图１?－２闪辞矿晶格结构??１．２．２?ＩｎＧａＡｓ／Ｓｉ异变夕卜延研究进展??在上一节中，我们介绍了?Ｓｉ和ＩｎＧａＡｓ材料之间本质物理特性的不同，导致??在Ｓｉ衬底上外延ＩｎＧａＡｓ材料存在着诸多困难：包括晶格失配导致的高密度位??错，热失配导致的应力，极性失配导致的反向畴。其中反向畴问题可以通过使用??４??
?发生反应的反应室和加热系统、用于流量控制的控制系统、用于原位监测的原位??监测系统以及用于用于尾气处理的尾气处理系统。如图２－１所示：??在这里我们主要介绍气体输运系统。气体输运系统的功能是向反应室内输运??：?ｔ．?ｆｒ?ｉ??國网?！?洗气塔??！￣ｒＳ?：ｕ??？?，——?图［Ｍｋ！?Ｉ?真；泵??载??气生长／放空多路阀门ｆｆ??ＬＪｉｉｌｉＬ?｜?Ｍ１＾７－．．．．．．．．．．．Ｊ??．．．．．．．．．．．．．．．．．．．Ｊ?．?ｊ?］??ｌｉｎｉｎ＇?：?ｊ?Ｗｔ＆ｍＷＭＭ??ｉ?］＿ｚｚ￣ｒ?ｓ??ｉ?Ｉ??图２－１?ＭＯＣＶＤ生长系统示意图??各种反应剂，比如金属有机源即ＭＯ源和氢化物源等，以及通过各路阀门控制反??应剂的输入路径、输入顺序和输入计量等，从而实现特定外延层材料的生长。如??上图所示，气体输运系统主要包括：用于将ＭＯ源带到反应室的载气供应子系??统，用于发生反应的氢化物供应子系统和ＭＯ源供应子系统，以及生长／放空多??路组合阀门。ＭＯＣＶＤ生长中需要使用高纯度载气，在ＩｎＧａＡｓ／Ｓｉ的ＭＯＣＶＤ外??延生长中，使用的载气是高纯度氢气。实验中使用到的氢化物为ＡｓＨ３，氢化物??是挥发性的气态物质
本文编号：3280870
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