锗锡合金中锡的迁移动力学研究
批准号:
61774143
项目类别:
面上项目
资助金额:
67.0 万元
负责人:
成步文
依托单位:
学科分类:
半导体材料
结题年份:
2021
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
罗丽萍、杨帆、张永旺、李秀丽
中文摘要
硅基光电子学将光子学技术与成熟的微电子技术融合,在光通信、光互连、光传感等领域有广泛应用前景。与CMOS工艺兼容的硅基激光器是制约硅基光电子发展的最大障碍。GeSn合金是近年研究最热门的四族半导体材料,当Sn组分达到约8%以上时,GeSn将由间接带隙转变为直接带隙材料,被认为是硅基激光器的希望。然而,要实现高组分同时保持高的晶体质量具有很大挑战。课题提出通过对外延生长的GeSn材料进行后续退火等处理方式,利用Sn在GeSn中的凝聚或者扩散过程,制备高质量高Sn组分的GeSn合金量子结构发光材料。课题将研究GeSn合金中Sn的迁移动力学过程,研究GeSn中的缺陷和应变的引入对Sn迁移的影响,探明Sn的迁移规律;掌握控制Sn迁移的有效方法;制备出高Sn组分同时晶体质量优良的GeSn直接带隙材料,研究其能带结构和发光特性;用制备的材料试制GeSn高效发光器件。
英文摘要
Combining the photonic technology and mature microelectronic technology together, Si-based optoelectronics has comprehensive application prospect in optical communication, optical connection and sensing. The Si-based laser compatible with the CMOS processing is still not realized. It becomes the biggest obstruction for the development of Si optoelectronics. GeSn alloy is a novel group-four semiconductor. When the Sn composition is larger than 8%, GeSn will transform from indirect to direct energy band. So, GeSn is considered as the key material for Si-based laser. But it is very difficult to grow GeSn with high Sn composition and high crystalline quality simultaneously. In this project, we propose to treat the as-grown GeSn by annealing, via the segregation or diffusion of the Sn in the GeSn alloy to form GeSn alloy luminescence material with high Sn composition and high quality. The migration dynamics of Sn in GeSn will be studied and the migration rule will be ascertained. The effect of the defect and strain to the Sn migration will be researched and the method will be obtained to control the Sn migration. According to the research, GeSn alloy with direct energy bandgap will be formed and the energy structure and luminescence properties will be studied. Using the formed GeSn alloy material, GeSn light emission devices will be fabricated.
硅基光电子学将光子学技术与成熟的微电子技术融合,在光通信、光互连、光传感等领域有广泛应用前景。与CMOS工艺兼容的硅基激光器是制约硅基光电子发展的最大障碍。GeSn合金是近年研究最热门的四族半导体材料,当Sn组分达到约8%以上时,GeSn将由间接带隙转变为直接带隙材料,被认为是硅基激光器的希望。然而,要实现高组分同时保持高的晶体质量具有很大挑战。课题研究了分子束外延GeSn合金、锡自催化生长GeSn材料、快速熔融法生长GeSn材料,重点研究GeSn合金中Sn的迁移动力学过程,基本探明了Sn的迁移规律,掌握了控制Sn迁移的有效方法,制备出了Sn组分达20%的GeSn合金材料。研制出了GeSn/Ge多量子阱波导结构室温工作高效发光器件,GeSn量子阱中Sn组分为9%,发光波长为2160纳米,电流密度200KA/cm2时输出光功率为2微瓦。我们还研制出了 Ge1-xSnx/Si0.1Ge0.85Sn0.05 (x =7.3%和8.5%)多量子阱面发射发光二极管,发光波长分别为1980纳米和2060纳米。这些研究结果为硅基激光器的实现打下了良好基础。
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Highly Enhanced SWIR Image Sensors Based on Ge1-xSnx-Graphene Heterostructure Photodetector
基于Ge1-xSnx-石墨烯异质结构光电探测器的高度增强型短波红外图像传感器
DOI:
10.1021/acsphotonics.8b01731
发表时间:
2019
期刊:
ACS Photonics
影响因子:
7
作者:
[Yang Fan, Yu Kai, Cong Hui, Xue Chunlai, Cheng Buwen, Wang Nan, Zhou Lin, Liu Zhi, Wang Qiming]
通讯作者:
Wang Qiming
Horizontal GeSn/Ge multi-quantum-well ridge waveguide LEDs on silicon substrates
硅衬底上的水平 GeSn/Ge 多量子阱脊形波导 LED
DOI:
10.1364/prj.386996
发表时间:
2020
期刊:
Photonics Research
影响因子:
7.6
作者:
[Peng Linzhi, Li Xiuli, Liu Zhi, Liu Xiangquan, Zheng Jun, Xu Chunlai, Zuo Yuhua, Cheng Buwen]
通讯作者:
Cheng Buwen
Spontaneously Conversion from Film to High Crystalline Quality Stripe during Molecular Beam Epitaxy for High Sn Content GeSn
高锡含量 GeSn 分子束外延过程中薄膜自发转变为高结晶质量条带
DOI:
10.1038/s41598-020-63152-y
发表时间:
2020
期刊:
SCIENTIFIC REPORTS
影响因子:
4.6
作者:
[Nan Wang, Chunlai Xue, Fengshuo Wan, Yue Zhao, Guoyin Xu, Zhi Liu, Jun Zheng, Yuhua Zuo, Buwen Cheng, Qiming Wang]
通讯作者:
Qiming Wang
Epitaxial growth and characterization of Ge(1-x-y)Sn(x)Pb(y )ternary alloys
Ge(1-x-y)Sn(x)Pb(y)三元合金的外延生长及表征
DOI:
10.1016/j.jallcom.2020.154505
发表时间:
2020
期刊:
Journal of Alloys and Compounds
影响因子:
6.2
作者:
[Liu Xiangquan, Zheng Jun, Li Mingming, Peng Linzhi, Wang Nan, Li Xiuli, Zuo Yuhua, Liu Zhi, Xue Chunlai, Cheng Buwen]
通讯作者:
Cheng Buwen
DOI:
10.1109/lpt.2020.3016028
发表时间:
2020-09
期刊:
IEEE Photonics Technology Letters
影响因子:
2.6
作者:
[Niu Chaoqun, Liu Zhi, Li Xiuli, Liu Xiangquan, Wan Fengshuo, Zheng Jun, Cheng Buwen, Xue Chunlai, Zuo Yuhua]
通讯作者:
Zuo Yuhua
共 12 条
固-气混合分子束外延生长GeSn合金材料动力学研究
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批准号:--
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项目类别:--
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资助金额:52万元
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批准年份:2022
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负责人:成步文
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依托单位:
固—气混合分子束外延生长GeSn合金材料动力学研究
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批准号:62274160
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项目类别:面上项目
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资助金额:52.00万元
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批准年份:2022
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负责人:成步文
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依托单位:
硅基高速光接收机集成芯片基础研究
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批准号:61435013
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项目类别:重点项目
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资助金额:370.0万元
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批准年份:2014
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负责人:成步文
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依托单位:
硅基锗锡合金材料外延生长机理研究
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批准号:61176013
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项目类别:面上项目
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资助金额:72.0万元
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批准年份:2011
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负责人:成步文
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依托单位:
硅基锗材料外延及其相关器件基础研究
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批准号:61036003
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项目类别:重点项目
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资助金额:200.0万元
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批准年份:2010
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负责人:成步文
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依托单位:
绝缘层上SiGe材料的制备及弛豫机理研究
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批准号:60676005
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项目类别:面上项目
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资助金额:30.0万元
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批准年份:2006
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负责人:成步文
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依托单位:
国内基金
海外基金