Si基异质结构发光的研究现状.pdf

第20卷第5期半导体光电Vol.20No.5
1999年10月SemiconductorOptoelectronicsOct.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

LightemissionfromSi-basedheterostructures

YUJin-zhong
(NationalKeyLaboratoryonIntegratedOptoelectronics,
InstituteofSemiconductors,ChineseAcademyofSciences,Beijing100083,China)

Abstract:ThestudyonlightemissionfromSi-basedheterostructuresisreviewedinthepaper.
IntrinsicluminescenceofSicrystalandextrinsicluminescencefromboundexcitonsandimpuritiesinSi
crystalareintroduced,followedbydescriptionofEr-dopedsiliconanditsphotoluminescence(PL).
LightemissionfromSi-basedheterostructures,includingquantumwellsandquantumdotsispresent-
edwiththeemphasisonopticalperformancesofSiGe/Siquantumstructures.Finally,lightemission
fromporousSi,integrationofSi-basedLEDwithSiBJT,andhybridintegrationofSi-basedVC-
SELwithmicro-lensesarealsobrieflydiscussed.
Keywords:lightemittingdevices;Si-basedlightemittingdevices;Si-basedheterostructure;
porousSi;Si-basedOEIC

1引言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
Si基光子集成是当今科学研究的热点之一,而电子技术,将光子器件和微电子器件作在一起,真正
实现光电子集成。近年来对基异质结构的光电
Si基异质结构发光是这一研究中的难点。,Si
人们把Si基异质结构称为/第二代硅0,这是因特性、外延生长及其光电器件的研究已成为热门的
课题[1]。
为Si基异质结构可以通过多元组分(如Si1-xGex
至今,Si基异质结构器件(包括有源的发光器
中的x值)的调节来实现人工改性,因而可以获得
件、探测器和无源的光波导复用/解复用器、光开关
我们所需要的带隙Eg和折射率n等参数,从而制
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
收稿日期:1999-01-19Si基异质结器件还主要集中在SiGe/Si异质结双极
基金项目:国家自然科学基金重大项目(69896260-06);基金晶体管(HBT)、SiGe波导型探测器和Si基光波导
课题和项目
(69746001,69787004)863(863-307-06-05)波分复用/解复用器等几类器件上。其中HBT的效
第20卷第5期余金中:Si基异质结构发光的研究现状295

果最好,已实现160GHz的高频振荡,Si基复用/解图1示出了单晶Si体材料在26K的低温下的
复用器已有产品进入市场。光荧光谱[6],该样品为轻掺杂,磷的含量仅为2@
光发射器件是Si基光电集成中的关键器件,但1014cm-3。除了IO谱线以外,图中所有谱线都是
Si基异质结构研究进展相当缓慢,Si基材料发光器本征光谱,它们是纯Si中自由激子复合所产生的谱
件成了Si基光子集成的