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倍增区凹槽环深度对键合无电荷层InGaAs/Si APD性能的影响研究

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激光与光电子学进展 2024年

作者：张娟龙晶晶柯少颖闽南师范大学物理与信息工程学院光场调控及其系统集成应用福建省高校重点实验室

InGaAs/Si雪崩光电二极管(APD)因其灵敏度高、信噪比高、响应速度快等优点在微光信号检测、长距离光纤通信、激光测距、激光制导等领域具有广泛的应用前景。然而由于InGaAs和Si之间存在7.7%失配晶格和极大的导带带阶，外延InGaAs/Si异... 详细信息

InGaAs/Si雪崩光电二极管(APD)因其灵敏度高、信噪比高、响应速度快等优点在微光信号检测、长距离光纤通信、激光测距、激光制导等领域具有广泛的应用前景。然而由于InGaAs和Si之间存在7.7%失配晶格和极大的导带带阶，外延InGaAs/Si异质结界面穿透位错密度极高，导致器件暗电流偏大、雪崩特性差。为研制高性能InGaAs/SiAPD，本文在InGaAs/Si键合界面处引入8层InGaAs渐变层缓冲InGaAs/Si键合界面带阶，以减少载流子在异质结界面处的积累，并创新在Si倍增层加入空气凹槽环替代电荷层调节电场，研究了键合界面不同凹槽环深度对无电荷层InGaAs/Si APD性能的影响。研究表明，当凹槽环深度为150 nm和300 nm时，InGaAs/Si APD的电流、复合率、碰撞电离率、电场、增益带宽积等性能较为理想，该结果将为后续研发工艺简单、性能稳定、低噪声的InGaAs/Si APD提供理论指导。

关键词： InGaAs/Si APD 无电荷层凹槽深度键合失配晶格

基于poly-Si键合层的SACM型Ge/Si APD的优化设计研究

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中国激光 2024年第8期51卷 46-59页

作者：张娟苏小萍李嘉辉王战仁柯少颖闽南师范大学物理与信息工程学院光场调控及其系统集成应用福建省高校重点实验室福建漳州363000

Ge/Si雪崩光电二极管(APD)被广泛应用于近红外探测领域,但由于Ge和Si之间存在4.2%的晶格失配,故难以获得高性能的Ge/Si APD。提出在Ge/Si键合界面处引入多晶硅(poly-Si)键合中间层,弱化Ge/Si失配晶格对APD器件性能的影响。poly-Si引入... 详细信息

Ge/Si雪崩光电二极管(APD)被广泛应用于近红外探测领域,但由于Ge和Si之间存在4.2%的晶格失配,故难以获得高性能的Ge/Si APD。提出在Ge/Si键合界面处引入多晶硅(poly-Si)键合中间层,弱化Ge/Si失配晶格对APD器件性能的影响。poly-Si引入后键合界面电场发生变化,导致APD内部的电场重新分布,极大地影响了器件性能。因此,重点对Ge吸收层和Si倍增层的掺杂浓度进行调控,探究了掺杂浓度对Ge/Si APD电场、复合率、载流子浓度、碰撞电离等性能的影响,最终设计出高性能键合Ge/Si APD。本工作将为低噪声、高增益Ge/Si APD的研究提供理论指导。

关键词：材料 Ge/Si雪崩光电二极管晶格失配 poly-Si键合层掺杂浓度

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多晶键合层对分离吸收电荷倍增型锗/硅雪崩光电二极管性能的影响

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硅酸盐学报 2024年第7期52卷 2316-2328页

作者：苏小萍李嘉辉王战仁柯少颖闽南师范大学物理与信息工程学院福建漳州363000

分离吸收电荷倍增(SACM)型Ge/Si雪崩光电二极管(APD)因其高速、低噪声、高灵敏度、具备光增益等优点在光通信、光学成像和安全检测等领域具有广泛的应用前景。然而由于Si和Ge的晶格常数相差4.2%,因此在Ge/Si异质结界面会形成高密度的穿... 详细信息

分离吸收电荷倍增(SACM)型Ge/Si雪崩光电二极管(APD)因其高速、低噪声、高灵敏度、具备光增益等优点在光通信、光学成像和安全检测等领域具有广泛的应用前景。然而由于Si和Ge的晶格常数相差4.2%,因此在Ge/Si异质结界面会形成高密度的穿透位错,导致器件性能的恶化。为获得低位错密度Si基Ge薄膜材料并实现高性能Ge/Si APD,创新在Ge/Si键合界面处引入一层多晶硅(poly-Si)键合层弱化Ge/Si晶格失配对器件性能的影响,研究了poly-Si键合层掺杂浓度对键合Ge/Si APD性能的影响。研究表明,由于键合界面的晶格缓冲作用,键合Ge/Si APD在室温下可以获得极低的暗电流和较高的带宽,较低的poly-Si键合层掺杂浓度可获得性能较好的Ge/Si APD。该结果为提高Ge/Si APD的性能提供了理论依据。

关键词：雪崩光电二极管锗/硅键合多晶硅键合层晶格失配键合层掺杂浓度

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不同Ge组分a-SiGe键合层对InGaAs/Si雪崩光电二极管性能的影响(英文)

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光子学报 2022年

作者：周锦荣鲍诗仪佘实现黄志伟柯少颖闽南师范大学物理与信息工程学院

采用非晶半导体中间层键合(SIB)实现键合界面失配晶格的阻断是实现高质量Si基InGaAs薄膜制备的最佳选择。本文在InGaAs/Si键合界面插入一层非晶锗硅(a-SiGe)键合层，模拟了不同Ge组分对InGaAs/SiAPD复合率、能带、隧穿、电荷堆积等参数...

采用非晶半导体中间层键合(SIB)实现键合界面失配晶格的阻断是实现高质量Si基InGaAs薄膜制备的最佳选择。本文在InGaAs/Si键合界面插入一层非晶锗硅(a-SiGe)键合层，模拟了不同Ge组分对InGaAs/SiAPD复合率、能带、隧穿、电荷堆积等参数的影响。器件在室温下获得极低的暗电流(～10A@95%雪崩电压)，增益和增益带宽积分别高达30 GHz和60 GHz。本文将为低噪声近红外APD的研制提供理论指导。

关键词：

ITO纳米棒结构红外波段消光特性模拟与分析

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光学学报 2023年第9期43卷 171-179页

作者：陈芳江睿郑昭慧柯少颖周锦荣刘冠洲黄志伟闽南师范大学物理与信息工程学院福建漳州363000

铟锡氧化物(ITO)作为一种高掺杂的半导体材料,其材料介电常数零点波长位于近红外波段,且其在近红外波段的吸收损耗较小,因此ITO可以成为近红外波段理想的局域表面等离激元共振效应(LSPR)材料。采用时域有限差分法模拟长方体状ITO纳米棒... 详细信息

铟锡氧化物(ITO)作为一种高掺杂的半导体材料,其材料介电常数零点波长位于近红外波段,且其在近红外波段的吸收损耗较小,因此ITO可以成为近红外波段理想的局域表面等离激元共振效应(LSPR)材料。采用时域有限差分法模拟长方体状ITO纳米棒阵列的LSPR效应,通过调整ITO纳米棒的载流子浓度、尺寸、间距以及衬底折射率实现其红外波段LSPR共振峰的有效调节。这对于扩宽ITO纳米结构在红外波段LSPR效应的应用具有重要的研究意义。

关键词：材料局域表面等离激元共振 ITO纳米结构时域有限差分法消光特性

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Au诱导形成有序Si纳米孔阵列及其应用

物理学报 2014年第9期63卷 341-348页

作者：王海澎柯少颖杨杰王茺杨宇云南大学光电信息材料研究所昆明650091

以自组装聚苯乙烯小球(PS)单层膜为掩膜,利用Au对Si表面的催化氧化作用以及KOH溶液对单晶Si的各向异性腐蚀特性,在Si(100)面上制备了一系列尺寸小于100 nm有序可控的Si纳米孔阵列.扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)等的测试结果显示:当P... 详细信息

以自组装聚苯乙烯小球(PS)单层膜为掩膜,利用Au对Si表面的催化氧化作用以及KOH溶液对单晶Si的各向异性腐蚀特性,在Si(100)面上制备了一系列尺寸小于100 nm有序可控的Si纳米孔阵列.扫描电镜(SEM)和原子力显微镜(AFM)等的测试结果显示:当PS小球溶液与甲醇溶液的体积比为9:11时,可形成大面积无缺陷的单层膜;但当体积比过大时,会导致类似双层膜结构的形成;而当体积比过小时,会诱导形成点缺陷和线缺陷.对PS小球及溅射Au处理过的Si晶片进行KOH溶液腐蚀,随着腐蚀时间变长,纳米孔的横向尺寸和深度增大,其形貌由圆形逐渐变为倒金字塔型,当腐蚀时间超过10 min,纳米孔阵列的有序性遭到破坏.采用离子束溅射技术在倒金字塔型纳米孔衬底上获得了有序Ge/Si纳米岛,而在圆形纳米孔衬底上获得了有序Ge/Si纳米环.进一步对有序Ge/Si纳米岛及纳米环的形成机理进行了解释.

关键词： Au诱导聚苯乙烯小球 Si纳米孔 Ge Si纳米阵列

渐变带隙氢化非晶硅锗薄膜太阳能电池的优化设计

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物理学报 2014年第2期63卷 406-414页

作者：柯少颖王茺潘涛何鹏杨杰杨宇云南大学光电信息材料研究所昆明650091

利用一维微电子-光电子结构分析软件(AMPS-1D)在AM1.5G(100 mW/cm2)、室温条件下模拟和比较了有、无渐变带隙氢化非晶硅锗(a-SiGe:H)薄膜太阳能电池的各项性能.计算结果表明:渐变带隙结构电池具有较高的开路电压(V oc)和较好的填充因子(... 详细信息

利用一维微电子-光电子结构分析软件(AMPS-1D)在AM1.5G(100 mW/cm2)、室温条件下模拟和比较了有、无渐变带隙氢化非晶硅锗(a-SiGe:H)薄膜太阳能电池的各项性能.计算结果表明:渐变带隙结构电池具有较高的开路电压(V oc)和较好的填充因子(FF),转换效率(E ff)比非渐变带隙电池提高了0.477%.研究了氢化非晶硅(a-Si:H)、氢化非晶碳化硅(a-SiC:H)和氢化纳米晶硅(nc-Si:H)三种不同材料的窗口层对a-SiGe:H薄膜太阳能电池性能的影响.结果显示:在以nc-Si:H为窗口层的电池能带中,费米能级E F已经进入价带,使得窗口层电导率及电池开路电压有所提高,又由于ITO与p-nc-Si:H的接触势垒较低,使得接触处的电场降低,更有利于载流子的收集.另一方面,窗口层与a-SiGe:H薄膜之间存在较大的带隙差,在p/i界面由于能带补偿作用形成了价带势垒(带阶)?E v,阻碍了空穴的迁移,因此我们在p/i界面引入缓冲层,使得能带补偿作用得到释放,更有利于空穴的迁移和收集,得到优化后单结渐变带隙a-SiGe:H薄膜结构太阳能电池的转换效率达到了9.104%.

关键词： a-SiGe H薄膜太阳能电池渐变带隙能带补偿

离子束共溅射SiGe纳米岛的演变行为及二次生长机制研究

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离子束共溅射SiGe纳米岛的演变行为及二次生长机制研究

作者：柯少颖云南大学

学位级别：硕士

半导体纳米岛(Ge、InAs)由于具有三维限制效应、库伦阻塞效应、声子瓶颈效应等独特的性质在高效光电子与微电子器件领域有着非常重要的应用。对于IV族半导体材料,在Si基衬底上通过Stranski-Krastanov(S-K)模式自组装生长的SiGe纳米岛由... 详细信息

半导体纳米岛(Ge、InAs)由于具有三维限制效应、库伦阻塞效应、声子瓶颈效应等独特的性质在高效光电子与微电子器件领域有着非常重要的应用。对于IV族半导体材料,在Si基衬底上通过Stranski-Krastanov(S-K)模式自组装生长的SiGe纳米岛由于可直接与传统成熟的硅基CMOS读出电路集成的优势使得其具有较大的研究意义,目前已成为学术研究的热点之一。研究微晶硅(μc-Si)上SiGe纳米岛的共溅射生长有助于了解不同结晶性Si缓冲层上SiGe纳米岛的生长演变机制,同时μc-Si材料与红外Ge材料的结合有助于新型微晶器件的开发。原子力显微镜(AFM)测试结果表明：在700℃时,共溅射的SiGe纳米岛呈现双模分布,75%的纳米岛为短岛(h<3nm),25%的纳米岛为高岛(3

关键词： SiGe纳米岛共溅射生长机制表面原子迁移表面能

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SiGe∶H薄膜太阳能电池研究进展

材料导报 2014年第1期28卷 11-16页

作者：柯少颖王茺杨宇云南大学光电信息材料研究所昆明650091

针对氢化非晶硅(a-Si∶H)薄膜太阳能电池在发展过程中所面临的问题,阐述了氢化硅锗(SiGe∶H)薄膜在太阳能电池制备方面的优越性及其最新研究进展,总结了提高SiGe∶H薄膜太阳能电池效率的几种方法,着重介绍了叠层太阳能电池内部运行机理... 详细信息

针对氢化非晶硅(a-Si∶H)薄膜太阳能电池在发展过程中所面临的问题,阐述了氢化硅锗(SiGe∶H)薄膜在太阳能电池制备方面的优越性及其最新研究进展,总结了提高SiGe∶H薄膜太阳能电池效率的几种方法,着重介绍了叠层太阳能电池内部运行机理,分析了影响叠层太阳能电池转换效率的因素,最后对SiGe∶H薄膜材料在太阳能电池领域的应用前景以及一些亟待解决的问题进行了展望。

关键词： SiGe∶H薄膜太阳能电池光谱响应转换效率叠层技术