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双能谷效应对N型掺杂Si基Ge材料载流子晶格散射的影响

黄诗浩 谢文明 汪涵聪 林光杨 王佳琪 黄巍 李成

双能谷效应对N型掺杂Si基Ge材料载流子晶格散射的影响

黄诗浩, 谢文明, 汪涵聪, 林光杨, 王佳琪, 黄巍, 李成
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  • 性能优越的Si基高效发光材料与器件的制备一直是Si基光电集成电路中最具挑战性的课题之一.Si基Ge材料不仅与成熟的硅工艺相兼容,而且具有准直接带特性,被认为是实现Si基激光器最有希望的材料.对Si基Ge材料N型掺杂的研究有利于提示出其直接带发光增强机理.本文研究了N型掺杂Si基Ge材料导带电子的晶格散射过程.N型掺杂Si基Ge材料具有独特的双能谷(能谷与L能谷)结构,它将通过以下两方面的竞争关系提高直接带导带底电子的占有率:一方面,处于能谷的导带电子通过谷间光学声子的散射方式散射到L能谷;另一方面,处于L能谷的导带电子通过谷内光学声子散射以及二次谷间光学声子散射或者直接通过谷间光学声子散射的方式跃迁到能谷.当掺杂浓度界于1017 cm-3到1019 cm-3时,适当提高N型掺杂浓度有利于提高直接带能谷导带底电子占有率,进而提高Si基Ge材料直接带发光效率.
      通信作者: 黄诗浩, haoshihuang@126.com
    • 基金项目: 国家自然科学基金青年基金(批准号:61604041)、福建省自然科学基金青年基金(基金号:2016J05147)、福建省教育厅2017年高校杰出青年科研人才培育计划项目和福建工程学院校科研启动基金(批准号:GY-Z14073)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-06-18
  • 修回日期:  2017-12-09
  • 刊出日期:  2018-02-20

双能谷效应对N型掺杂Si基Ge材料载流子晶格散射的影响

  • 1. 福建工程学院, 信息科学与工程学院, 福州 350118;
  • 2. 厦门大学, 物理科学与技术学院, 厦门 361005
  • 通信作者: 黄诗浩, haoshihuang@126.com
    基金项目: 

    国家自然科学基金青年基金(批准号:61604041)、福建省自然科学基金青年基金(基金号:2016J05147)、福建省教育厅2017年高校杰出青年科研人才培育计划项目和福建工程学院校科研启动基金(批准号:GY-Z14073)资助的课题.

摘要: 性能优越的Si基高效发光材料与器件的制备一直是Si基光电集成电路中最具挑战性的课题之一.Si基Ge材料不仅与成熟的硅工艺相兼容,而且具有准直接带特性,被认为是实现Si基激光器最有希望的材料.对Si基Ge材料N型掺杂的研究有利于提示出其直接带发光增强机理.本文研究了N型掺杂Si基Ge材料导带电子的晶格散射过程.N型掺杂Si基Ge材料具有独特的双能谷(能谷与L能谷)结构,它将通过以下两方面的竞争关系提高直接带导带底电子的占有率:一方面,处于能谷的导带电子通过谷间光学声子的散射方式散射到L能谷;另一方面,处于L能谷的导带电子通过谷内光学声子散射以及二次谷间光学声子散射或者直接通过谷间光学声子散射的方式跃迁到能谷.当掺杂浓度界于1017 cm-3到1019 cm-3时,适当提高N型掺杂浓度有利于提高直接带能谷导带底电子占有率,进而提高Si基Ge材料直接带发光效率.

English Abstract

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