硅衬底

硅衬底的结构和性能

　　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。

硅晶胞的结构

　　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：

硅的性质

硅衬底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.

硅衬底的应用现状

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，其最高峰值功率已达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。