1 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
2 中国科学院大学 材料与光电研究中心，北京 100049
硅基IV族锗锡和锗铅合金材料带隙随组分可调，并可转变成直接带隙半导体材料，是研制硅基红外探测和发光器件的理想材料。本文首先介绍锗锡和锗铅材料外延生长工作，然后对锗锡光电器件的研究进展进行回顾和讨论。其中，随着锗锡合金中锡组分增加，锗锡光电探测器往高响应度和长探测截止波长方向发展；锗锡激光器的研究则集中在降低激射阈值、提高激射温度和电泵浦方面。本文还对锗铅材料和光电器件的研究进展进行简要介绍和展望。随着硅基高效光源和探测器研究的不断深入，IV族合金材料在硅基红外光电集成领域将继续展现重要的应用价值。
硅基光电子 锗锡 锗铅 探测器 激光器 Silicon photonics Germanium tin Germanium lead Photodetector Laser 光子学报
2021, 50(10): 1004002
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
通过理论模拟CMOS工艺兼容的SiGe/Si 单光子雪崩二极管, 研究并讨论了掺杂条件对于电场分布、频宽特性、以及器件量子效率的影响。设计出具有浅结结构、可在盖革模式下工作、低击穿电压(30 V)的1.06 μm单光子技术雪崩光电二极管。 器件采用分离吸收倍增区结构, 其中Si材料作为倍增区、SiGe材料作为吸收区, 这充分利用了硅材料较高的载流子离化比差异, 降低了器件噪声;在1.06 μm波长下, SiGe探测器的量子效率为4.2%, 相比于Si探测器的效率提高了4 倍。仿真表明优化掺杂条件可以优化电场分布, 从而在APD击穿电压处获得更好的带宽特性。
单光子雪崩光电二极管 电场分布 量子效率 仿真分析 single photon avalanche photodiode SACM-APD SACM-APD electric field distribution quantum efficiency simulation analysis 红外与激光工程
2016, 45(5): 0520004
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
Si基光互连具有高速度、高带宽、低功耗、可集成等特点，是解决Si 基集成电路发展瓶颈的一个重要途径。在Si 基光互连的关键器件中，除了Si 基高效光源以外，其他的器件都已经实现。同为IV 族元素的Ge 具有独特的准直接带隙的能带结构，有望通过能带工程等手段实现高效发光。近年来，Si 基IV 族发光材料和发光器件有了许多重要进展。回顾了Si 基IV 族发光材料和发光器件的最新成果，如Si 衬底上张应变的Ge、Ge 发光二极管及激光器、GeSn发光器件，并对结果进行了讨论。最后展望了Si 基IV 族激光器的发展趋势。
材料 发光二极管 激光器 张应变 发光 激光与光电子学进展
2014, 51(11): 110001
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
基于Ge、GeSn 等IV 族材料的硅基探测器与Si CMOS 工艺兼容性好，成本低廉，并且易于与硅基波导器件集成，因而具有非常重要的应用价值。介绍了中国科学院半导体研究所在相关硅基IV 族合金材料外延制备及相关器件方面的研究，重点介绍在硅基Ge 面入射探测器、波导型探测器、吸收电荷倍增分离型(SACM)结构雪崩光电探测器以及GeSn 光电探测器方面的一些研究进展。
探测器 硅基光电子 光电探测器 近红外探测 硅基光互连 光学器件 激光与光电子学进展
2014, 51(11): 110002
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
近年来, 与Si的CMOS工艺相兼容的Ge/Si异质结构发光器件取得很多重要的进展。本文概述了Si基Ge异质结构发光器件的最新成果, 如Ge/Si量子点发光二极管、Si衬底上的Ge发光二极管及激光器和Ge/SiGe多量子阱发光二极管, 分别描述了这些器件的特点和增强其发光特性的途径。最后展望了Si基Ge异质结构发光器件的发展趋势, 指出尽管Si基Ge异质结构发光器件获得了很大的发展, 但是器件的发光效率仍然很低, 离实用还有一定距离, 还需要在材料和器件的结构方面有更多的创新。
发光器件 发光二极管 Ge/Si量子点 Ge/SiGe量子阱 light emitter light emitting diode Ge Ge Ge/Si quantum dot Ge/SiGe multiple quantum well
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of Microelectronics Devices and Integrated Technology Institute of Microelectronics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100029, China
2 Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100083, China
Two types of 1 \times 2 multi-mode interference (MMI) splitters with splitting ratios of 85:15 and 72:28 are designed. On the basis of a numerical simulation, an optimal length of the MMI section is obtained. Subsequently, the devices are fabricated and tested. The footprints of the rectangular MMI regions are only 3 \times 18.2 and 3 \times 14.3 (\mu m). The minimum excess losses are 1.4 and 1.1 dB. The results of the test on the splitting ratios are consistent with designed values. The devices can be applied in ultra-compact photonic integrated circuits to realize the "tap" function.
硅线波导 多模干涉分束器 非均匀分光 230.1360 Beam splitters 230.7370 Waveguides 230.7380 Waveguides, channeled Chinese Optics Letters
2011, 9(8): 082303
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
激光与光电子学进展
2010, 47(3): 03SC014
