硅衬底

结构和性能

　　硅具有Fd3m空间群的金刚石结构，属立方体系。由沿体对角线方向位移1/4体对角线距离的两套面心立方子晶格嵌套而成。

　　图1.6.1是从硅晶胞[001][011][111]方向的透视图，硅的室温物理、化学、光学、物理性质列于下表：

上制作电子器件思考

　　在硅衬底上制作光电子器件用材料,要首先解决GAsS,IPS异质结材料的晶格a]ia/i失配度大,使生长的外延屠出现多晶'衬底硅与外延层GAsn热膨胀系数不同出现湾a,IP曲,裂纹和生长层的逆相畴等问题.通过采用Ge作缓冲层制成Ga//iAsGeS材料,以及低温生长GAsa作缓冲层或超晶格材料等方法,使上述问题得到解决,目前采用MB,EMOCVD技术可直接在硅衬底上生长出适合光电器件要求的材料,并制备出各类光电子器件.

应用现状

　　1.太阳能电池

　　为克服GAsS异质结材料的晶格失配大(4)a/i及热膨胀系数不匹配问题,首先采用Ge缓冲层,制成Ga/e￥结构",在硅上生长Ge作AsG/i单晶的研究较多,有用电子柬蒸发法或MB法,翦者可控性差,工艺复杂,后者在同一系统中生长,提高了可控性,使GAsEa层性能改善.但由于G向Ga生长层扩散系数大,使后来生长的GAsbeAsa~延层被Ge沾污,因此虽然可用GAsGeS材料制成了太阳能电池,效率12%,性能不佳.

　　2.发光管

　　RobertM.等人采用VEP技术在硅衬底上生长Ge膜,再用MOVD技术在Si/Ge瞳上生长多层Ga层,制成异质结材料Zn扩散后分别蒸发PtAuAuNi,作P面和n电极籼成发光管,其性能为:发射波长82m,△=3u.日本OKI电子公面7n5rn司采用低压MOC技术,在硅衬底上获得结晶性能良好的GAsGaAsVDa/A1外延层,制成可见光发光管,其正向IV性曲线很徒,反向为硬击穿,表明GaAs—特AI为突变结,其光谱波长=70m,A~5m,在100n4n0mA下输出功率06.mw,外量子效率03%.

　　中科院上海冶金研究所用硅衬底,采用MBE技术多步生长法制作多周期AI/AsAsGa应变超晶格作缓冲层,掺S的nGa外延层和掺Be—Ga外延屡,i—As的PAs以及P一G8接触As层,在P面蒸AuZ和n—n面蒸AuNiGe制成发光管,其IV性正常,光输出功率0.3mw

　　SsmuKod等人在硅衬底上采用MO-clrduuno-hoieVPE技术生长IGanP层和MOVPE技术生长Ga层,制成IGa发光管,其发射光谱60m,在5AsnP6aKA/m.入电流c注密度下工作1t特性未劣化,它将可能取代HeNe光器而扩大其应用范围.0b时～激Raeh等人采用硅衬底,用低压MOCVD法生长鼠异质结材料lGa/lAszgl利①AsGan超晶格无掺杂缓冲层,②nn限制层,③IGas有源层,④PIP限制层,用质子注—IPnAP—n入作绝缘层,制成发射光谱入118A~0v注入电流20.5m,5me在0mA下,连续工作24小时未出现衰退.

　　3.激光器

　　JZ.hr等人用MBE法在硅衬底上生长Ga/A1异质结材料,制成单量子阱激光器AsGaAs(SQw),其脉冲工作阈值电流4mA,在120.I下调制颏率2.GHz5.HalI等人在硅衬底上用l_MBE法生长GaAsGa异质结构材料,制成AI]As激光器,阈值电流100mA,室温连续工作1小时,0T.3℃,并指明采用硅衬底使导热性改善(少38至一圈l在硅衬低3).Duus"等人在硅衬底上用MOCVD法直接生长Ga/Al8pi"AsGaAs材料,制成低阚值,高效率双异质结注入激光器,其I-.KA/m.t=35c,量子效率7%,巳室温连续工0作.m等人用MBE和MOCVD法在硅衬底上生长GaAsGa/i子阱异质结材料,NaAI]Ass量制成量子阱激光器,在室温连续工作,闲值电流密度280A]r,.×1.e经长时间工作性能稳定.a,leHonKia-om等人在硅衬底上采用MEMB和MOC技术生长GAi/a双EVDaAsGAs异质结材料,制成条形大功率激光器,其峰值功率已达14w(面)8r每o,室温脉冲阏埴电流105mA,量子效率3%.0M.aeh等人在硅衬底上已制成GanPIPX异质结激光器,其发射波长RggilAs/n~12p.7.m,I'0.为1KA/m.c室温下量子效率1%,输出功率2rw.拄国Tooo0ohmsn公司用MOC技术,在硅衬底上生长IGaPIPVDnAs/n异质结材料,带成氧化物条形激光器,=412D,闷值电流密度1KA/m..7in0c,功率1rw.

　　4.其它器件

　　利用GaAs/Si的一体化晶体,还可开展多种新颖的光器件,其中G8/i8/iAssOEC三I.维器件,作为数字计算机的三维人造网膜等.SSki,aa等人用GAsS材料开发出具有GAsa发光,iS受光的新颖器件,它是在PS上生长畸变超晶格作缓冲所—i层,再生长双异质结激光器,P型硅表面反型层nS,以光作耦合互连线。