基于12英寸硅衬底的红外锗锡LED发光器件研究
硅基光电集成(硅光子)具有超高速、低功耗、低时延的优势;无需过分追求工艺尺寸的缩小。硅光产业今年市场规模将突破28亿美元，未来可达数百亿美元。
近日，第九届国际第三代半导体论坛（ifws）&第二十届中国国际半导体照明论坛（sslchina）在厦门国际会议中心盛大召开。期间，“半导体照明芯片，封装及光通信技术”分会上，中国科学院半导体所副研究员伍绍腾做了“基于12英寸硅衬底的红外锗锡led发光器件研究”的主题报告。
过去的二十年来，硅光子学得到了蓬勃的发展。然而，片上集成的cmos兼容的光源仍然是一个挑战。与si间接带隙不一样，锗(ge)是一种准直接带隙材料，其直接、间接带隙能谷底差异仅为 0.136 ev。
此外，由于为iv族材料且可直接在硅上生长，ge近十年来逐渐成为实现cmos兼容硅基光源的潜在材料。根据理论计算，通过>8% 的sn掺杂方法，锗将改性成为直接带隙半导体，从而实现高效发光。
基于此，其研究使用商业通用的rpcvd 在12英寸硅衬底上采用赝晶生长策略外延了低位错ge/gesn led外延薄膜，实现了整个发光材料领域范围内(包括gan、inp等)光源器件罕见的12英寸大晶圆外延生长。由于锡掺杂降低了直接带隙与间接带隙的差异，该led器件的发光强度是传统锗材料的28倍。大尺寸晶圆不仅可以大幅度提高led外延片利用效率，并且更利于兼容成熟的硅ic设备及工艺、降低成本。该成果实验上证实了大尺寸、低成本硅基光源的可行性。
报告中详细分享了6-8英寸geoi平台锗led器件、12英寸硅平台的gesn led器件、8英寸 geoi平台的gesn垂直腔面光源器件等研究进展。其中，关于6-8英寸geoi平台锗led器件，采用直接晶圆键合法制备高质量6-8英寸完整geoi晶圆。张应变锗器件方面，实现两种兼容pin结的外力施加应变方法;应用于探测器，l波段探测率超过商用锗探测器2-3倍。
12英寸平台的gesn led器件方面，实现高质量cvd外延法6英寸gesn生长突破，实现直接带隙gesn薄膜;与美国应用材料公司合作，实现12英寸硅衬底ge/gesn mqw单晶薄膜生长。8英寸 geoi平台的gesn垂直腔面光源器件方面，设计并制备了绝缘层平台的gesn 垂直腔面发光器件。gesn led光源器件在2微米波段实现了8倍增强的谐振峰，未来需要加强研究实现硅基gesn 电注入激光器。
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此外，由于为iv族材料且可直接在硅上生长，ge近十年来逐渐成为实现cmos兼容硅基光源的潜在材料。根据理论计算，通过>8% 的sn掺杂方法，锗将改性成为直接带隙半导体，从而实现高效发光。
基于此，其研究使用商业通用的rpcvd 在12英寸硅衬底上采用赝晶生长策略外延了低位错ge/gesn led外延薄膜，实现了整个发光材料领域范围内(包括gan、inp等)光源器件罕见的12英寸大晶圆外延生长。由于锡掺杂降低了直接带隙与间接带隙的差异，该led器件的发光强度是传统锗材料的28倍。大尺寸晶圆不仅可以大幅度提高led外延片利用效率，并且更利于兼容成熟的硅ic设备及工艺、降低成本。该成果实验上证实了大尺寸、低成本硅基光源的可行性。
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12英寸平台的gesn led器件方面，实现高质量cvd外延法6英寸gesn生长突破，实现直接带隙gesn薄膜;与美国应用材料公司合作，实现12英寸硅衬底ge/gesn mqw单晶薄膜生长。8英寸 geoi平台的gesn垂直腔面光源器件方面，设计并制备了绝缘层平台的gesn 垂直腔面发光器件。gesn led光源器件在2微米波段实现了8倍增强的谐振峰，未来需要加强研究实现硅基gesn 电注入激光器。
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