不同晶态Ge薄膜键合层对InGaAs/Si雪崩光电二极管性能的影响研究

由于InGaAs与Si之间存在7.7%的晶格失配，因此难以获得制备方式简单、性能良好的InGaAs/Si雪崩光电二极管（APD）。从理论上提出了一种从源头弱化InGaAs/Si晶格失配对APD性能影响的办法，即在InGaAs/Si键合界面引入一层a?Ge或poly?Ge键合层，模拟比较了InGaAs/Si APD性能随键合层厚度的变化情况。研究指出，a?Ge和poly?Ge材料作为键合层对载流子有阻挡或俘获作用，因此器件能够获得超低暗电流，且由于键合层导带势垒对载流子的阻挡作用，APD雪崩之后出现了光暗电流间隙，可以在较小暗电流情况下获得大的光电流。当a?Ge厚度为0.5 nm时，APD雪崩击穿前增益可达最大值451.3，而当poly?Ge厚度为0.5 nm时，雪崩击穿前增益仅为7.9。这种差异是由于poly?Ge键合层处价带出现了势阱，载流子浓度下降。该工作为超低噪声和高增益InGaAs/Si APD的研制提供了理论指导。