Si基Ge材料的外延生長、原位摻雜及其光電性質(zhì).pdf

1、硅基鍺材料因其優(yōu)異的光電性能，廣泛應(yīng)用于硅基光電集成和微電子等領(lǐng)域。硅基鍺材料的生長及其相關(guān)器件的研制引起人們濃厚的興趣。由于鍺與硅的晶格失配度較大，在硅襯底上生長高質(zhì)量鍺材料仍然是一個挑戰(zhàn)性的課題，需要引入緩沖層技術(shù)。而保持較好晶體質(zhì)量下，提高原位摻雜鍺材料中的摻雜濃度也是器件應(yīng)用中亟待解決的課題。本論文采用低溫緩沖層技術(shù)在UHV/CVD系統(tǒng)中生長出高質(zhì)量硅基鍺材料，較系統(tǒng)地研究了Ge的原位摻雜技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上研制出硅基Ge PN結(jié)

2、和PIN結(jié)構(gòu)。主要工作和研究成果如下:
　　 1、提出采用低溫相干Ge島緩沖層并結(jié)合SiGe/Ge超晶格插層的方法，在Si襯底上外延生長高質(zhì)量Ge材料。研究了低溫Ge緩沖層和SiGe/Ge超晶格插層在降低Ge材料位錯密度和提高表面平整度等方面的作用機(jī)理。在硅襯底上制備出880 nm的厚Ge外延層，其表面無Cross-hatch形貌，表面粗糙度僅為0.72 nm，X射線衍射峰的峰形對稱且峰值半高寬為273 arc sec，化學(xué)腐蝕

3、位錯坑法測試位錯密度為1.49×106cm-2。
　　 2、提出了Ge中硼(B)和磷(P)原位摻雜的表面動力學(xué)模型，較好地解釋了實驗中生長速率和摻雜濃度的變化規(guī)律。在630℃的生長溫度下，以B2H6和PH3為源氣體，探索了摻雜源氣體流量對Ge生長速率、樣品表面形貌及摻雜濃度的影響。結(jié)果表明在摻雜時樣品的生長速率變小，摻雜濃度隨源氣體流量增加而增加，表面粗糙度有所增加。當(dāng)生長溫度降低到500℃時，Si基N型Ge材料的原位摻雜濃度可

4、以提高到6.67×1018cm-3。通過對樣品的測試分析，結(jié)果表明在鍺的原位摻雜中存在提高摻雜濃度和保持較好晶體質(zhì)量的矛盾。通過PL譜和XRD譜的表征，研究了700℃下不同退火時間對原位P摻雜Si基Ge材料性質(zhì)的影響，結(jié)果表明退火能改善材料晶體質(zhì)量，但是，P的擴(kuò)散卻降低了材料的摻雜濃度。
　　 3、在Si基n-Ge材料上濺射60nm的Ni，通過快速熱退火測試其熱穩(wěn)定性。結(jié)果表明，低阻NiGe在300℃開始生成，到700℃表面Ni

5、Ge才開始發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象。SEM和XRD測試很好地分析了方塊電阻隨退火溫度的變化機(jī)理。并通過線性傳輸線方法對其歐姆接觸的比接觸電阻率進(jìn)行測量，其中Ni與摻雜濃度為6.61×1018cm-3的n-Ge的歐姆接觸獲得了較低的比接觸電阻率。
　　 4、優(yōu)化材料和器件制備工藝，制作了Si基Ge PN結(jié)和SOI基Ge PIN結(jié)構(gòu)。優(yōu)化后的Ge PN結(jié)在-1V偏壓下器件的漏電流密度為59mA/cm2，+1 V偏壓下PN結(jié)的正向電流密度為1.0