硅襯底

硅襯底的結(jié)構(gòu)和性能

　　硅具有Fd3m空間群的金剛石結(jié)構(gòu)，屬立方體系。由沿體對角線方向位移1/4體對角線距離的兩套面心立方子晶格嵌套而成。

硅晶胞的結(jié)構(gòu)

　　圖1.6.1是從硅晶胞[001][011][111]方向的透視圖，硅的室溫物理、化學(xué)、光學(xué)、物理性質(zhì)列于下表：

硅的性質(zhì)

硅襯底上制作電子器件思考

　　在硅襯底上制作光電子器件用材料，要首先解決GAsS，IPS異質(zhì)結(jié)材料的晶格a]ia/i失配度大，使生長的外延屠出現(xiàn)多晶‘襯底硅與外延層GAsn熱膨脹系數(shù)不同出現(xiàn)灣a，IP曲，裂紋和生長層的逆相疇等問題.通過采用Ge作緩沖層制成Ga//iAsGeS材料，以及低溫生長GAsa作緩沖層或超晶格材料等方法，使上述問題得到解決，目前采用MB，EMOCVD技術(shù)可直接在硅襯底上生長出適合光電器件要求的材料，并制備出各類光電子器件.

硅襯底的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.太陽能電池

　　為克服GAsS異質(zhì)結(jié)材料的晶格失配大(4)a/i及熱膨脹系數(shù)不匹配問題，首先采用Ge緩沖層，制成Ga/e￥結(jié)構(gòu)“，在硅上生長Ge作AsG/i單晶的研究較多，有用電子柬蒸發(fā)法或MB法，翦者可控性差，工藝復(fù)雜，后者在同一系統(tǒng)中生長，提高了可控性，使GAsEa層性能改善.但由于G向Ga生長層擴(kuò)散系數(shù)大，使后來生長的GAsbeAsa~延層被Ge沾污，因此雖然可用GAsGeS材料制成了太陽能電池，效率12%，性能不佳.

2.發(fā)光管

　　RobertM.等人采用VEP技術(shù)在硅襯底上生長Ge膜，再用MOVD技術(shù)在Si/Ge瞳上生長多層Ga層，制成異質(zhì)結(jié)材料Zn擴(kuò)散后分別蒸發(fā)PtAuAuNi，作P面和n電極秈成發(fā)光管，其性能為：發(fā)射波長82m，△=3u.日本OKI電子公面7n5rn司采用低壓MOC技術(shù)，在硅襯底上獲得結(jié)晶性能良好的GAsGaAsVDa/A1外延層，制成可見光發(fā)光管，其正向IV性曲線很徒，反向為硬擊穿，表明GaAs—特AI為突變結(jié)，其光譜波長=70m，A~5m，在100n4n0mA下輸出功率06.mw，外量子效率03%.

　　中科院上海冶金研究所用硅襯底，采用MBE技術(shù)多步生長法制作多周期AI/AsAsGa應(yīng)變超晶格作緩沖層，摻S的nGa外延層和摻Be—Ga外延屢，i—As的PAs以及P一G8接觸As層，在P面蒸AuZ和n—n面蒸AuNiGe制成發(fā)光管，其IV性正常，光輸出功率0.3mw

　　SsmuKod等人在硅襯底上采用MO-clrduuno-hoieVPE技術(shù)生長IGanP層和MOVPE技術(shù)生長Ga層，制成IGa發(fā)光管，其發(fā)射光譜60m，在5AsnP6aKA/m.入電流c注密度下工作1t特性未劣化，它將可能取代HeNe光器而擴(kuò)大其應(yīng)用范圍.0b時～激Raeh等人采用硅襯底，用低壓MOCVD法生長鼠異質(zhì)結(jié)材料lGa/lAszgl利①AsGan超晶格無摻雜緩沖層，②nn限制層，③IGas有源層，④PIP限制層，用質(zhì)子注—IPnAP—n入作絕緣層，制成發(fā)射光譜入118A~0v注入電流20.5m，5me在0mA下，連續(xù)工作24小時未出現(xiàn)衰退.

3.激光器

　　JZ.hr等人用MBE法在硅襯底上生長Ga/A1異質(zhì)結(jié)材料，制成單量子阱激光器AsGaAs(SQw)，其脈沖工作閾值電流4mA，在120.I下調(diào)制頦率2.GHz5.HalI等人在硅襯底上用l_MBE法生長GaAsGa異質(zhì)結(jié)構(gòu)材料，制成AI]As激光器，閾值電流100mA，室溫連續(xù)工作1小時，0T.3℃，并指明采用硅襯底使導(dǎo)熱性改善(少38至一圈l在硅襯低3).Duus”等人在硅襯底上用MOCVD法直接生長Ga/Al8pi“AsGaAs材料，制成低闞值，高效率雙異質(zhì)結(jié)注入激光器，其I-.KA/m.t=35c，量子效率7%，巳室溫連續(xù)工0作.m等人用MBE和MOCVD法在硅襯底上生長GaAsGa/i子阱異質(zhì)結(jié)材料，NaAI]Ass量制成量子阱激光器，在室溫連續(xù)工作，閑值電流密度280A]r，.×1.e經(jīng)長時間工作性能穩(wěn)定.a，leHonKia-om等人在硅襯底上采用MEMB和MOC技術(shù)生長GAi/a雙EVDaAsGAs異質(zhì)結(jié)材料，制成條形大功率激光器，其最高峰值功率已達(dá)14w(面)8r每o，室溫脈沖閼埴電流105mA，量子效率3%.0M.aeh等人在硅襯底上已制成GanPIPX異質(zhì)結(jié)激光器，其發(fā)射波長RggilAs/n~12p.7.m，I’0.為1KA/m.c室溫下量子效率1%，輸出功率2rw.拄國Tooo0ohmsn公司用MOC技術(shù)，在硅襯底上生長IGaPIPVDnAs/n異質(zhì)結(jié)材料，帶成氧化物條形激光器，=412D，悶值電流密度1KA/m..7in0c，功率1rw.

4.其它器件

　　利用GaAs/Si的一體化晶體，還可開展多種新穎的光器件，其中G8/i8/iAssOEC三I.維器件，作為數(shù)字計算機(jī)的三維人造網(wǎng)膜等.SSki，aa等人用GAsS材料開發(fā)出具有GAsa發(fā)光，iS受光的新穎器件，它是在PS上生長畸變超晶格作緩沖所—i層，再生長雙異質(zhì)結(jié)激光器，P型硅表面反型層nS，以光作耦合互連線。