Si基异质结构发光的研究现状.pdf

收稿日期: 1999- 01- 19 基金项目:国家自然科学基金重大项目( 06) ;基金 课题(和 863项目( 863- 307- 06- 05) 第 20卷第 5期 半 导 体 光 电 Vol. 20 No. 5 1999 年 10月 Semiconductor Optoelectronics Oct. 1999 文章编号: 1001- 5868( 1999) 05- 0294- 07 Si基异质结构发光的研究现状 余金中 (中国科学院半导体研究所 集成光电子学国家重点实验室, 北京 100083) 摘 要: 综述了Si基异质结构发光研究的现状。介绍了 Si材料本身的本征发光、激子发光、 杂质发光等特性,描述了掺 Er- Si的发光、Si基量子结构 (量子阱、量子点) 的光发射, 重点研究 SiGe/ Si异质结构的发光性质。同时还对多孔 Si发光、Si基发光二极管 ( LED) 与 Si双极晶体管 ( BJT) 集成、Si基上垂直腔面发射激光器 ( VCSEL)与微透镜的混合集成作了简要的介绍。 关键词: 发光器件; Si基发光器件; Si基异质结构; 多孔 Si; Si基光电子集成 中图分类号: TN383 文献标识码: A Light emission from Si- based heterostructures YU Jin-zhong (National Key Laboratory on Integrated Optoelectronics, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences , Beijing 100083, China) Abstract: T he study on light emission from Si- based heterost ructures is rev iewed in the paper. Int rinsic luminescence of Si crystal and ext rinsic luminescence from bound excitons and impurities in Si crystal are int roduced, follow ed by descript ion of Er- doped silicon and its photoluminescence ( PL) . Light emission f rom Si- based heterost ructures, including quantum wells and quantum dots is present- ed w ith the emphasis on optical performances of SiGe/ Si quantum structures. F inally, lig ht emission from porous Si, integ rat ion of Si- based LED w ith Si BJT , and hybrid integ rat ion of Si- based VC- SEL with micro- lenses are also briefly discussed. Keywords: light emit ting devices; Si- based light emitt ing devices; Si- based heterost ructure; porous Si; Si- based OEIC 1 引言 Si基光子集成是当今科学研究的热点之一, 而 Si基异质结构发光是这一研究中的难点。 人们把 Si基异质结构称为/第二代硅0,这是因 为Si基异质结构可以通过多元组分 (如 Si1- xGex 中的 x 值) 的调节来实现人工改性, 因而可以获得 我们所需要的带隙 Eg 和折射率 n 等参数,从而制 造出许多新的光电器件。这些新型材料可以与十分 成熟的 Si集成电路工艺相容, 因此, 能充分利用微 电子技术,将光子器件和微电子器件作在一起, 真正 实现光电子集成。近年来, 对 Si基异质结构的光电 特性、外延生长及其光电器件的研究已成为热门的 课题[ 1]。 至今, Si基异质结构器件 (包括有源的发光器 件、探测器和无源的光波导复用/解复用器、光开关 等) 的研究已经全面展开, Si基光电子学已成为一 门新兴的学科[ 2, 3]。目前, 已真正作成可实用化的 Si基异质结器件还主要集中在 SiGe/ Si异质结双极 晶体管 ( HBT )、