Ge/SiGe异质结激光器结构与性能研究

发布时间：2021-08-28 14:45

　　近年来,随着微电子工艺尺寸向纳米级前进,器件线宽的进一步减小,电互连所固有的局限性使芯片的发热量迅速增加,引起串扰、噪声、功耗、时延等多方面的问题。为了突破瓶颈,研究人员把目光集中在了硅基光电集成技术,然而Si是间接带隙材料,在制作发光器件时发光效率特别低。Ge虽然也是间接带隙材料,但是可以通过张应变等能带调控技术将Ge转变为直接带隙材料,大大增加发光效率,这为高效Ge激光器的制作提供了可能。本文以本征Ge能带结构为基础,基于Van de Walle形变势理论计算了双轴张应变对Ge能带结构的影响,得到1.8%的双轴张应变可以使Ge转变为直接带隙材料。基于实际中对Ge引入1.8%双轴张应变的工艺难度太大,提出了通过双轴张应变和N型重掺杂共同作用实现Ge直接带隙发光的方案。通过分析双轴张应变与N型重掺杂共同作用对Ge能带结构的影响,发现N型重掺杂的填充作用可以降低Ge转变为直接带隙材料所需的应变量。而且增加Ge中的少数载流子寿命可以大大降低Ge中的非辐射复合,提高Ge的发光性能,这为设计高效Ge激光器奠定了基础。基于激光器的工作原理设计了Ge/SiGe双异质结激光器。该结构具有如下优势:通... 

【文章来源】：西安电子科技大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：86 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

Ge光抽运脉冲激光器在不同脉冲抽运功率下的室温边发射光谱

第一章 绪论麻省理工学院的 Liu 等人成功制作出了第一个室温 Ge 光激界上第一个制备成功的 Ge 激光器样品。如图 1.1 所示，高真空化学气相淀积（UHV-CVD）外延生长了 4.8 mm 长长 Ge 过程中通过 Ge 与 Si 之间热膨胀系数的差异对 Ge。由于仅仅 0.24%的双轴张应变不足以使 Ge 转变为直接择原位掺杂的方式对 Ge 进行了 1×1019cm–3的 N 型重掺能量差。因为 Ge 材料的光增益比较小，为了降低光损耗硅将 Ge 进行覆盖。实验表明，在脉冲功率为 50 μJ 的光为 1594、1599、1605 nm 的发光光谱，而且也观察到了激课题组的实验证明了在 Ge 中通过能带工程引入双轴张应直接带隙发光的 Ge 激光器。在此基础上，研究者们又开的研究。

1.3 Si 基 Ge 室温电注入连续波长边发射激光器的发射光谱与 P-I 德国斯图加特大学的研究人员研制出室温 Si 基 Ge 电注构与麻省理工学院 Liu 小组制作的激光器的器件结构有比 Ge 没有引入张应变，Ge 层的掺杂浓度为 3×1019cm-3，采异质结结构。从图 1.3 可以看到，当注入电流密度超过阈值够观察到发光波长为 1682 nm 的发光光谱，这与体 Ge 的由于该器件结构没有张应变的作用，因此红移主要是 GeT 制作的电注入 Ge 激光器相比阈值电流密度太大，其主轴张应变。S. Wirths 等人制备了光泵浦 SiGeSn/GeSn/SiGeSn 双异质直接带隙发光。该激光器的增益介质是 Sn 组分为 12.6%该激光器的发光波长为 2.5μm，输出功率为 221 kW/cm2斯坦福大学的研究人员设计了 Ge 纳米线激光器[23]。该激质、应变导致的伪异质结结构和高 Q 光学腔的共同作用可

【参考文献】：
期刊论文
[1]808nm半导体激光器的腔面反射率设计[J]. 杜伟华,杨红伟,陈国鹰,陈宏泰,李雅静,彭海涛.  光电工程. 2008(09)



本文编号：3368709