通过LPCVD生长和热Ge富集技术实现的超薄富Ge SiGe-on-绝缘体光电探测器

《Surfaces and Interfaces》：Ultrathin Ge-Rich SiGe-on-Insulator Photodetectors Enabled by LPCVD Growth and Thermal Ge Enrichment

　　

Mansour Aouassa|Ismail Madaci|Anne-Flore Mallet|Olivier Gourhant|Majed Alharbi|S. Ghalab|A.K. Aladim|Isabelle Berbezier

摘要

我们报道了一种基于超薄、富锗晶体薄膜（约6纳米，含42%的锗）的SiGe光电探测器，该薄膜直接在SiO?上形成，无需任何转移步骤。这种富锗的SiGe层是通过一种混合方法获得的，该方法首先在超薄绝缘体上硅（SOI）衬底上利用LPCVD技术生长出初始的Si?.??Ge?.??薄膜（15纳米），随后通过热处理进行锗富集，最终在SiO?上形成了Si?.??Ge?.??晶体薄膜。通过高分辨率透射电子显微镜（HR-TEM）、能量色散X射线光谱（EDX）和二次离子质谱（SIMS）等手段对薄膜的形态和结构进行了表征，并结合原子力显微镜（AFM）的结果，确认了SiGe薄膜在SiO?上具有高度结晶性，厚度均匀，形态平坦，且SiGe与SiO?的界面清晰。在AFM和TEM/STEM分析的分辨率范围内未检测到任何扩展缺陷。由于量子限制效应，该SiGe薄膜在可见光范围内表现出强烈的光电响应，其光电流约为暗电流的100倍。在单色光（波长λ=578纳米）照射下，光电响应度达到0.2 A/W，相应的外量子效率约为42.9%，同时具备快速的光电响应特性。这些结果凸显了这种简单、经济且兼容CMOS工艺的方法在SiO?上制备富锗SiGe薄膜方面的巨大潜力，为下一代集成光电器件的发展提供了有力支持。