超高真空化学气相沉积外延生长锗硅材料及其应用

赵 ，张彬庭

(中国电子科技集团公司第四十八研究所，湖南长沙 410111)

元素硅半导体是半导体产业发展的基石，目前占据着统治地位，以硅为材料制作的器件被广泛的应用于微波、微电子等领域。尽管如此，Si仍旧不能算是理想的半导体，Si的电子迁移率约只有 GaAs的 1/6，禁带宽度只有 1.17 eV，又是间接带隙半导体、发光效率和吸收效率较低；随着硅集成电路晶体管尺寸的不断减小，进一步利用尺缩效应来提高电路的性能变得越来越困难，同时将大大增加电路的制作成本。这些特性制约了硅材料在诸如高频、高速、光电等领域的应用[1，2]。

以Si为基底的锗硅异质结构是一种新型半导体材料，锗硅材料的载流子迁移率高、能带宽度随Ge的组分变化而连续可调，如果在Si材料上生长SiGe/Si异质结构材料，则可以在Si上灵活地运用能带工程进行能带剪裁，制作新型Si基量子结构器件，同时又可以与成熟的Si微电子工艺相兼容，这将推动Si微电子工业跨上一个新台阶。Ge材料由于其具有比Si材料高的电子和空穴迁移率，与硅工艺兼容等优点，成为研究的热点[3]。另外，Ge的带隙宽度小于Si，室温下为0.67 eV，对光通信波段1.3～1.6 μm的光具有较高的吸收系数，成为集成化光电探测器的理想材料[4]。Ge也可以作为Ⅲ-Ⅴ族光电器件与Si基集成的缓冲层[5]。在Si基上外延Ge材料对光电子集成具有重要的现实意义。因此，锗硅材料在微电子和光电子方面有重大的应用价值，可制作高速异质结双极型晶体管(HBT)[6]，异质结场效应管(HFET)[7]、调制掺杂场效应管 (MODFET)[8]，异质结红外探测器(HIP)[9，10]、低噪声放大器[11]等多种器件。分子束外延(MBE)和超高真空化学气相沉积(UHVCVD)是两种主要的低温外延方法。由于UHVCVD成本相对较低、使用方便，易于工业化生产，是目前国际上低温外延所采用的主要手段之一，其在锗硅超晶格生长及硅基薄膜新材料的制备上具有良好的应用前景[12]。

1 硅基SiGe薄膜的外延生长

SiGe/Si异质结和超晶格是近年来兴起的新型半导体材料，它具有许多独特的物理性质和重要的技术应用价值，受到人们的高度重视，是“第二代硅”材料。表1列举了Si、Ge、SiGe合金材料的一些基本性质，从表中可以看出，Si、Ge具有类似的性质和结构，使得由Si、Ge构成的SiGe合金的很多性质都与Si、Ge类似，并介于两者之间，正是由于这些特点，使得我们可以通过改变Ge含量来影响SiGe/Si异质结构中的特性。

表 1 Si、Ge、SiGe合金材料的一些基本性质[13]

然而，由于Si和Ge的晶格失配较大，达到4.18%，在Si基上直接外延纯Ge材料将引入大量的失配位错，这将严重影响器件的性能。近年来，通过缓冲层技术的引入，在Si基上外延出了高质量纯Ge材料。常用的一种方法是利用Ge组分渐变弛豫缓冲层技术[14，15]，Ge 组分以 10%/μm 的变化速率从0变到1，将位错压制于缓冲层内，然后在缓冲层上外延纯Ge材料作器件的有源层。Luo等人[16]采用两层总厚度只有1.6 μm的组分跃变的SiGe层作缓冲层，1 μm厚的Ge外延层位错密度为3×106cm-2，表面粗糙度为3.2 nm。Huang等人[17]进一步调整两层SiGe层的组分，使得缓冲层的总厚度降低到0.5 μm，Ge晶体质量依然很好(位错密度为7×106cm-2，表面粗糙度为 4.7 nm)。另外一种方法是采用低温Ge作缓冲层，直接在低温Ge上外延高温Ge层，然后用高低温循环退火的方法得到纯Ge层[18，19]。该法将位错压制在低温层内，使有源区位错密度降低，低温高温两步法的低温缓冲层很薄(仅几十纳米)，并且Ge外延层表面非常平整(粗糙度0.4～2 nm)，但是位错密度偏高(1×108cm-2)，需要高温退火进一步降低位错密度。Nakatsuru[20]和Loh[21]等人在超薄SiGe(Ge组分0.2～0.5，SiGe层厚度5～30 nm)缓冲层上采用低温高温两步法生长了高质量的Ge。此外，还有选区外延技术[18]，该技术为在特定区域制备高质量的锗硅薄膜提供了保障，也为不同材料器件间的集成提供了便利。

2 SiGe半导体薄膜外延生长设备

SiGe异质结材料的研究始于20世纪50年代中期，但由于工艺条件的原因，直到20世纪70年代初期，无论在单晶Si或单晶Ge衬底上，均未能生产出具有“器件质量”的SiGe外延层，大多出现三维岛状并产生大量的穿透位错、堆垛位错和裂纹。随着近年来薄膜生长技术的长足发展，现已能生长出晶格质量优良、电光性能完美的多种SiGe/Si异质结构材料。

2.1 分子束外延

分子束外延是1970年提出的[23]，在MBE中通过源分子的热蒸发或电子束激发得到所需要的粒子，粒子到达适当加热的衬底表面上进行生长，获得需要的外延层，其所具有的典型低温生长实际上排除了掺杂扩散的可能性。分子束外延系统具有超高真空（UHV，指的是比1×10-6Pa高的真空度），并配有原位监测和分析系统，能够获得高质量的单晶薄膜[24]。

分子束外延是首先被用来研究SiGe材料的外延工艺。在20世纪70年代中期，Kasper和其同事首先使用MBE研究在硅上生长应变SiGe层[25，26]，得到Ge成分低于15%的高质量外延层薄膜，临界厚度与理论估测相符；到20世纪80年代中期，Bean等发现在550℃条件下可以得到所有Ge成份的SiGe外延层[27，28]，并研究了温度对生长模式的影响，测量了应变SiGe的禁带宽度[29]，显示了应变外延层器件的初步应用[30，31]。在90年代初，NEC的Hirayama等人将MBE与CVD技术相结合，形成所谓的 GSMBE[32，33]，即在 MBE中采用气体（乙硅烷、锗烷等）作为反应源；它具有MBE的控制精度，也具有CVD的平整性的优点，生长速率和掺杂与UHVCVD的数据相接近；除此之外，GSMBE还可以进行选择性外延。

分子束外延是制备半导体超晶格及微结构不可缺少的研究手段。但其设备复杂、价格昂贵、产量低、难于工业化，不适合于器件规模化生产，因此MBE和GSMBE主要应用于实验室基础研究。

2.2 超高真空化学气相沉积

超高真空化学气相沉积技术是20世纪80年代后期发展起来的一种新型的薄膜制备技术。人们在研究低压CVD[34，35]的基础上，把超高真空技术与CVD技术结合起来，发展了UHVCVD技术，其最初是由Donahue等人[36]在1986年提出的。同一年，IBM Watson研究中心的Meyerson[37]正式建立了一套UHVCVD系统，如图1所示。系统类似于带有装片锁的LPCVD炉管，其反应装置可一次装入35片硅片进行生长，系统的本底真空可以达到1×10-7Pa，生长压强一般在0.1～1 Pa，反应用气源为SiH4和GeH4，生长温度为550～580℃，生长速率为8 nm/min。掺杂和组分控制由改变入口气体的组成来实现。

图1 超高真空气相沉积系统设备图[37]

UHVCVD外延过程属于反应速率控制范围，决定生长速率的是硅表面H键的脱附速率，而不是硅原子的表面到达率。一般而言，H键的脱附速率很低，这样一方面可以在外延前利用H键保护，有效保证硅片表面的洁净；另一方面限制了外延时生长速率。如同Meyerson[38]所指出：沉积速率与反应室形状及气流流动无关，只与硅表面H脱附的热激活能有关，因此生长过程中表面氢的解吸速率控制着外延层的生长，从而可以很容易在整个衬底表面很均匀的生长，以及实现均匀性、可控性良好的多片生长，这可以弥补UHVCVD生长速率低的缺点，使得SiGe材料可以进行大规模生产。同时，表面氢限制生长也对温度均匀性的控制提出了挑战，由于H键脱附激活能为1.9×105J/mol，生长表面上1℃的差异可以导致沉积速率发生3%的变化，容易影响到外延的均匀性。

在SiGe外延层的生长中，典型的温度为550～650℃，研究发现Ge的加入可以很大程度促进反应速率[39]，如图2所示。UHVCVD中硅外延速率很低，一般小于1 nm/min，如图2中虚线所示，这是由于H原子与硅表面原子间的吸附很强；而H原子在Ge表面原子吸附较弱，很容易实现H的脱附，加上H原子可在表面自由迁移，因此表面Ge原子的存在可以有效提高硅片表面H的解附，从而提高SiGe外延的生长速率。在UHVCVD中乙硼烷是有效的P型掺杂剂，可以达到很高的掺杂程度，而N型的掺杂只能达到5×1018/cm3的程度[40]，这对UHVCVD的使用产生了一些限制。

图2 UHVCVD中外延层生长速率与Ge成分函数关系[39]

1988年，Meyerson等人[41]用此法共度生长了无缺陷的Si1-xGex(0

UHVCVD系统一般由主体部分和辅助部分组成，其中主体部分包括反应室、预处理室和进样室；辅助部分包括真空系统、加热及温控系统、气体输送系统及计算机控制系统等。由于SiGe薄膜生长质量、膜厚均匀性、薄膜组份等对温度均匀性、工艺气体流量、工艺压力控制等要求非常高。加上SiGe外延工艺环境洁净度要求特别高，工艺过程对碳、氧污染特别敏感，要求反应室高洁净，真空度能够达到1×10-7～1×10-8Pa。因此用于SiGe材料外延生长的UHVCVD设备需解决的关键技术：超高真空度的获取；高洁净外延环境技术研究；高均匀性和稳定性热场的控制；工艺气体流量的精确控制；反应压力的精确控制技术。其中，针对超高真空的要求，可以对设备采取如下措施：设置预真空室；真空系统的配置（预处理室可采用机械旋片泵作为前级泵，分子泵作为主抽泵，实现预备室的高真空，反应室可采用钛升华泵）；反应室密封结构的合理设计；真空管道的合理设计与加工。

超高真空化学气相沉积系统在生长SiGe材料方面如此成功，主要归功于以下几点[13]：

(1)UHV背景有利于保持表面干净和生长高纯材料；

(2)非常低的生长压强(<10-1Pa)，保证在生长过程中洁净的生长表面；

(3)气体流动方式介于粘滞流与分子流之间，减少气体之间的干扰，从而减少均相成核；

(4)低的粘附系数，保证多片之间的均匀生长；

(5)低温下生长外延层，自掺杂现象得到抑制；

(6)相对其它生长方法，其具有生长设备简单，产量大，易于工业化生产的特点。

3 SiGe材料的应用

SiGe/Si异质结构材料由于具有许多优于Si材料的性能，其加工工艺又与Si工艺兼容，因而成为备受瞩目的硅基半导体材料。目前用Si1-xGex/Si材料制造的较成熟的高速电子器件有：Si1-xGex基区异质结双极型晶体管(heterojunction bipolar transistor，HBT)和调制掺杂场效应晶体管(modulation-doped field-effecttransistor，MODFET)。在光电子器件领域，在(远)红外探测器方面有Si1-xGex/Si超晶格红外探测器和异质结内光电发射红外探测器(heterojunction internal photoemission infrared detectors，HIP)，已实现 400×400异质结内光电发射红外探测器阵列。Si1-xGex基区异质结双极型晶体管HBT是应变Si1-xGex/Si材料在器件应用领域中最重要的成就，已进入商业化生产，现在正向单片集成电路发展。

3.1 SiGe基区HBT

提高Si基双极型晶体管BJT运行速度的一个途径是进一步减小器件尺寸，这要求发展更复杂的高新技术。另一个途径是Si1-xGex基区HBT，即将SiGe能带工程与传统硅工艺结合，在相同的工艺条件下大幅度提高器件的特性。与采用GaAs的异质结双极晶体管不同，SiGe HBT是通过采用减小基区的禁带宽度来实现高的电流增益的。与硅同质结晶体管相比，SiGe HBT具有以下几个显著的优点[50，51]：

(1)SiGe基区的禁带宽度较窄，从而降低了导带的势垒高度，因而在相同的发射极-基极偏压下，能够显著地提高收集极电流；

(2)基区内的禁带宽度可以是缓变的(在集电极一侧带宽较窄)，从而提供了一个“内建”电场，大大提高了电子跨越基区的速度，使电子以较高的纵向的本征速度穿越过整个器件区域。

(3)HBT具有更好的低温工作特性。

(4)由于SiGe基区与Si发射区的禁带差别主要体现在价带上，这相当于增加基区多数载流子渡越到发射区的势垒高度，从而有助于器件的电流增益的提高。

表3列出了HBT的主要发展历程，可以看到SiGe HBT的特征频率在2003年达到了375 GHz[47]，已完全具有与GaAs HBT相媲美的性能了。研究人员预计，约5年后将有室温下500 GHz以及单位增益频率300 GHz的SiGe器件出现。

表3 SiGe HBT的主要发展历程[13]

图3显示了骨干网络用电子器件中不同材料工艺比特率及所要求的截止频率fT的关系，可以看到，Si双极工艺可以满足fT在25～50 GHz、10 Gbit/s系统的要求。对 40 Gbit/s(相应 fT在100～200 GHz)系统则必须采用SiGe、GaAs和InP器件。

图3 骨干网络用电子器件中不同材料工艺比特率及所要求的截止频率fT的关系[52]

因此，就目前应用而言，SiGe HBT已经完全可以满足高频、高速的需求，并且在某些方面可以替代占传统优势地位的GaAs器件。

3.2 掩埋沟道MODFET(调制掺杂FET)

SiGe掩埋沟道MODFET有两种结构，即所谓的电子和空穴量子阱MODFET，也就是N沟道和P沟道MODFET。它们是根据SiGe/Si二元体系的能带之间的相互错位而设计的。P型MODFET沟道为受压应力的SiGe层与无应变的硅层相接触时，禁带宽度90%以上出现在价带上，从而形成二维空穴势阱；N型MODFET沟道则为由于张应力Si层与弛豫的SiGe层接触时，禁带宽度之差主要发生在导带上，从而形成二维电子势阱。利用这种原理制备的N-MODFET器件的最高振荡频率fmax已达183 GHz，模拟计算表明：栅长50nm的SiGe N-MODFET最高频率可达300GHz；调制掺杂的SiGe沟道达到的最高空穴迁移率在296 K时为1 000 cm2/V，77 K 时达到 3 400 cm2/V[53]。

3.3 SiGe/Si异质结内光电发射型红外探测器 (HIP)

SiGe器件另外一个主要的应用是在光电子领域。目前广泛应用的红外凝视式成像系统中使用的是以PtSi/Si肖特基势垒型为主的红外探测器，其突出的优点是完全采用Si集成电路工艺；但是这种结构器件的红外吸收区的量子效率偏低。而采用SiGe/Si异质结势垒可以消除这一缺点。这是由于在高掺杂的SiGe合金中，空穴都集中在价带顶到费米能级之间，掺杂浓度为1×1020/cm3时，SiGe的费米能级进入价带的深度只有0.1～0.2 eV左右，因此被激发的光生空穴的极大部分对光生伏特效应有贡献，从而具有很高的量子效率。目前，SiGe/Si HIP红外焦平面阵列的集成度已达400×400单元[54]。SiGe/Si HIP的另外一个优点是对器件的截止波长可以进行调节。目前SiGe/Si HIP器件的截止波长已可以做到16 μm[55]。

Si基Ge光电探测器的研究可以追溯到1984年[56]，而受到Ge外延薄膜晶体质量的制约，其快速发展开始于2000年左右。1998年，Colance等[57]采用低温Ge缓冲层技术在UHVCVD设备上制备Ge薄膜，制作了金属—半导体—金属(MSM)光电探测器，器件在波长1.3 μm处的响应度为0.24 A/W，响应时间为 2 ns。2005 年，Jutzi等[58]制作了PIN同质结探测器，本征吸收区厚度为300 nm，器件的带宽高达38.9 GHz。2009年，他们通过降低器件的串联电阻将探测器带宽提高到49 GHz[59]。Osmond等[60]也报道了49 GHz带宽的探测器。Intel公司和IBM公司分别报道了波导集成PIN和MSM光电探测器，波导集成结构将探测器的量子效率—带宽积提高了～8倍。

综上所述，SiGe器件在通信、单芯片射频、全球定位、信号处理等领域均有重要的应用，特别是在WLAN和GPS无线通信领域。据美国商业部预测，到2013年，全球定位系统将达到160亿美元。有权威部门统计，2006年SiGe外延材料和器件市场达到了12亿美元，预计到2013年SiGe IC市场规模将达到28亿美元，这些都预示着锗硅材料有着美好的应用前景。

4 总结与展望

本文综述了Si基SiGe材料的外延生长技术、设备以及主要应用领域。通过使用UHVCVD等外延设备，综合各种缓冲层技术，人们已经可以在Si衬底上异质外延生长出晶体质量优良的SiGe薄膜材料，并用这类材料研制出高性能双极型异质结晶体管和调制掺杂场效应晶体管以及长波长光电探测器，并取得了重要进展。此外，近年来随着SOI技术和SiGe技术的日渐成熟，一种基于这两种技术的新的微电子技术应运而生-SiGe on Insulator(SiGe-OI)[61]。SiGe-OI的出现将 Si基能带工程拓展到了SOI衬底材料上，使得器件速度、功耗等性能大为提高，应用前景非常广阔。近年来，Si基Ge激光器也得到了很大发展，被认为是最有希望实现Si基片上集成的激光器[2]。充分发挥硅基锗硅薄膜优良的光电特性、灵活的集成性、低廉的价格等特点，硅基光电集成将会更加快速地向前发展。

[1] L.Pavesi,G.Guillot.Optical Interconnects:The Silicon Approach[M].Berlin:Springer，2006.

[2] D.Liang,J.Bowers.Recent progress in lasers on silicon[J].Nature Photon，2010,4:511-517.

[3] L.L.Minjoo,A.F.Eugene,T.B.Mayank,et al.Strained Si,SiGe,and Ge channels for high-mobility metal-oxidesemiconductor field-effect transistors[J].J.Appl.Phys.,2005,97(1):011101.

[4] L.Colace,G.Masini,F.Galluzzi,et al.Metal-semiconductor-metal near-infrared light detector based on epitaxia l Ge/Si[J].Appl.Phys.Lett.,1998,72(24):3175-3177.

[5] G.Luo,Y.C.Hsieh,H.E.Chang,et al.High-speed GaAs metal gate semiconductor field effect transistor structure grown on a composite Ge/GexSi1-x/Si substrate[J].J Appl.Phys.,2007,101(8):084501.

[6] A.Schüppen,H.Dietrich.High speed SiGe heterobipolartransistors[J].J.Crystal Growth,1995,157(1-4):207-214.

[7] D.K.Nayak,J.C.S.Woo,J.S.Park,et al.Enhancementmode quantrum-well Gex/Si1-x/PMOS[J].IEEE Electron Device Lett.,1991,12(4):154-156.

[8] R.People.Physics and applications of GexSi1-x/Si strained-layer heterostructures[J].IEEE J.Quantum Electronics,1986,22(9):1696-1710.

[9] P.Kruck,M.Helm,T.Fromherz,et al.Medium-wavelength,normal-incidence,p-type Si/SiGe quantum well infrared photodetector with background limited performance up to 85 K[J].Appl.Phys.Lett.,1996,69(22):3372-3374.

[10]W.Ruizhong,C.Peiyi and T.Peihsin.An improved nonuniformity correction algorithm for infrared focal plane arrays which is easy to implement[J].Infrared Physics and Technology,1998,39(1):15-21.

[11]贾宏勇，陈培毅，钱佩信.Si1-xGexHBT技术：射频和微波领域中的新秀[J].集成电路设计，1999(8)：57.

[12]叶志镇，曹青，张侃等.UHV/CVD低温生长硅外延层的性能研究[J].半导体学报，1998(8)：6-9.

[13]吴贵斌.基于UHVCVD的选择性外延锗硅与金属诱导生长多晶锗硅的研究[D].杭州：浙江大学，2006.

[14]M.T.Currie,S.B.Samavedam,T.A.Langdo,et al.Controlling threading dislocation densities in Ge on Si using graded SiGe layers and chemical-mechanical polishing[J].Appl.Phys.Lett.,1998,72(14):1718-1720.

[15]J.Oh,J.C.Campbell,S.G.Thomas,et al.Interdigitated Ge p-i-n photodetectors fabricated on a Si substrate using graded SiGe buffer layers[J].IEEE J.Quantum Electron.,2002,38(9):1238-1241.

[16]G.Luo,T.H.Yang,E.Y.Chang,et al.Growth of highquality Ge epitaxial layers on Si(100)[J].Jpn.J.Appl.Phys.,2003,42(5B):L517-L519.

[17]Z.Huang,N.Kong,X.Guo,et al.21-GHz-Bandwidth germanium-on-silicon photodiode using thin SiGe buffer layers[J].IEEE J.Selected Topics in Quantum Electron.,2006,12(6):1450-1454.

[18]H.C.Luan,D.R.Lim,K.K.Lee,et al.High-quality Ge epilayers on Si with low threading-dislocation densities[J].Appl.Phys.Lett.,1999,75(19):2909-2911.

[19]O.O.Olubuyide,D.T.Danielson,L.C.Kimerling,et al.Impact of seed layer on material quality of epitaxial germanium on silicon deposited by low pressure chemical vapor deposition[J].Thin Solid Films,2006,508(1-2):14-19.

[20]J.Nakatsuru,H.Date,S.Mashiro,et al.Growth of high quality Ge epitaxial layer on Si(100)substrate using ultra thin Si0.5Ge0.5 buffer[J].MRS Proceedings,2005,891:EE07-24.01.

[21]T.H.Loh,H.S.Nguyen,C.H.Tung,et al.Ultrathin low temperature SiGe buffer for the growth of high quality Ge epilayer on Si(100)by ultrahigh vacuum chemical vapor deposition[J].Appl.Phys.Lett.,2007,90(9):092108.

[22]赵策洲，高勇.半导体硅基材料及其光波导[M]，北京：电子工业出版社，1997.

[23]顾培夫.薄膜技术[M]，杭州：浙江大学出版社，1990.

[24]郑伟涛.薄膜材料与薄膜技术[M]，北京：化学工业出版社，2003.

[25]E.Kasper,H.J.Herzog and H.Kibbel.A one-dimensional SiGe superlattice grown by UHV epitaxy[J].Appl.Phys.,1975,8(3):199-205.

[26]E.Kasper and H.-J.Herzog.Elastic strain and misfit dislocation density in Si0.92Ge0.08films on silicon substrates[J].Thin Solid Films,1977,44(3):357-370.

[27]J.C.Bean,T.T.Sheng,L.C.Feldman,A.T.Fiory,et al.Pseudomorphic growth of GexSi1-xon silicon by molecular beam epitaxy[J].Appl.Phys.Lett.,1984,44(1):102-104.

[28]J.C.Bean,L.C.Feldman,A.T.Fiory,et al.GexSi1-x/Si strained-layer superlattice grown by molecular beam epitaxy[J].J.Vac.Sci.Technol.A,1984,2(2):436-440.

[29]D.V.Lang,R.People,J.C.Bean and A.M.Sergent.Measurement of the band gap of GexSi1-x/Si strained-layer heterostructures[J].Appl.Phys.Lett.,1985,47(12):1333-1335.

[30]T.P.Pearsall and J.C.Bean.Enhancement-and deple-tion-mode p-channel GexSi1-xmodulation-doped FET's[J].IEEE Electron Device Lett.,1986,7(5):308-310.

[31]T.P.Pearsall,H.Temkin,J.C.Bean and S.Luryi.Avalanche gain in GexSi1-x/Si infrared waveguide detectors[J].IEEE Electron Device Lett.,1986,7(5):330-332.

[32]H.Hirayama,M.Hiroi,K.K.Koyama,et al.Selective heteroepitaxial growth of Si1-xGexusing gas source molecular beam epitaxy[J].Appl.Phys.Lett.,1990,56(12):1107-1109.

[33]H.Hirayama,M.Hiroi,K.K.Koyama,and T.Tatsumi.Heterojunction bipolar transistor fabrication using Si1-xGexselective epitaxial growth by gas source silicon molecular beam epitaxy[J].Appl.Phys.Lett.,1990,56(26):2645-2647.

[34]F.W.Smith and G.Ghidini.Reaction of oxygen with Si(111)and(100):critical conditions for the growth of SiO2[J].J.Electrochem.Soc.,1982,129(6):1300-1306.

[35]G.Ghidini and F.W.Smith.Interaction of H2O with Si(111)and(100):Critical Conditions for the Growth of SiO2[J].J.Electrochem.Soc.,1984,131(12):2924-2928.

[36]T.J.Donahue and R.Reif.Low Temperature Silicon Epitaxy Deposited by Very Low Pressure Chemical Vapor Deposition[J].J.Electrochem.Soc.,1986,133(8):1691-1697.

[37]B.S.Meyerson.Low-temperature silicon epitaxy by ultrahigh vacuum/chemical vapor deposition[J].Appl.Phys.Lett.,1986,48(12):797-799.

[38]B.S.Meyerson,F.J.Himpsel,and K.J.Uram.Bistable conditions for low-temperature silicon epitaxy[J].Appl.Phys.Lett.,1990,57(10):1034-1036.

[39]B.S.Meyerson,F.K.LeGoues,T.N.Nguyen,and D.L.Harame.Nonequilibrium boron doping effects in lowtemperature epitaxial silicon films[J].Appl.Phys.Lett.,1987,50(2):113-115.

[40]D.W.Greve and M.Racanelli.Growth Rate of Doped and Undoped Silicon by Ultra-High Vacuum Chemical Vapor Deposition[J].J.Electrochem.Soc.,1991,138(6):1744-1748.

[41]B.S.Meyerson,K.Uram and F.LeGoues.Cooperative growth phenomena in silicon/germanium low-temperature epitaxy[J].Appl.Phys.Lett.,1988,53(25):2555-2557.

[42]F.K.LeGoues,B.S.Meyerson and J.F.Morar.Anomalous strain relaxation in SiGe thin films and superlattices[J].Phys.Rev.Lett.,1991,66(22):2903-2906.

[43]D.W.Rreve and M.Racaneli.Construction and operation of an ultrahigh vacuum chemical vapor deposition epitaxial reactor for growth of GexSi1-x[J].J.Vac.Sci.Technol.B,1990,8(3):511-515.

[44]C.Li,S.John,E.Quinones,and S.Banerjee.Cold-wall ultrahigh vacuum chemical vapor deposition of doped and undoped Si and Si1-xGexepitaxial films using SiH4and Si2H6[J].J.Vac.Sci.Technol.A,1996,14(1):170-183.

[45]E.A.Fitzgerald,Y.H.Xie,M.L.Green,et al.Totally relaxed GexSi1-xlayers with low threading dislocation densities grown on Si substrates[J].Appl.Phys.Lett.,1991,59(7):811-813.

[46]S.Bozzo,J.L.Lazzari,C.Coudreau,etal.Chemical vapor deposition of silicon-germanium heterostructures[J].J.Cryst.Growth.,2000,216(1-4):171-184.

[47]B.Jagannathan,H.Chen,K.Schonenberg,et al.International Conference on Indium Phosphide and Related Materials[C].New Jersey:IEEE,2003,374-377.

[48]叶志镇，曹青，张侃等.具有RHEED在线监控功能的超高真空CVD系统及3”硅片低温外延研究[J].半导体学报，1996,17(12):932-935.

[49]雷震霖，赵科新，余文斌等.UHV/CVD设备及其特性[J].真空，1997(6):14-17.

[50]J.D.Cressler.Silicon Heterostructure Handbook:Materials,Fabrication,Devices,and Circuits,and Applications of SiGe and Si Strained-layer Epitaxy[M].Cleveland:CRC Press,2005.

[51]Z.Jin,J.A.Johansen,J.D.Cressler,G.Freeman,et al.Proceedings of the Third SPIE International Symposium on Fluctuations and Noise,Noise in Devices and Circuit III[C].Austin:SPIE,2005,5844:101-119.

[52]邓志杰，郑安生，俞斌才.SiGe/Si材料及其在微电子学中的应用[J].中国集成电路，2003(1):76-79.

[53]K.Ismail,J.O.Chu,B.S.Meyerson.High hole mobility in SiGe alloys for device applications[J].Appl.Phys.Lett.,1994,64(23):3124-3126.

[54]T.L.Lin,T.George,E.W.Jones,et al.Elemental borondoped p+-SiGe layers grown by molecular beam epitaxy for infrared detector applications[J].Appl.Phys.Lett.,1992,60(3):380-382.

[55]B.Y.Tsaur,C.K.Chen and S.A.Marino.Long-wavelength GexSi1-x/Si heterojunction infrared detectors and 400*400-elementimagerarrays[J].IEEE Electron Devices Lett.,1991,12(6):293-296.

[56]S.Luryi,A.Kastalsky,and J.Bean.New infrared detector on a silicon chip[J].IEEE Trans.Electron.Devices,1984,31(9):1135-1139.

[57]L.Colace,G.Masini,F.Galluzzi,et al.Metal-semiconductor-metal near-infrared light detector based on epitaxial Ge/Si[J].Appl.Phys.Lett.,1998,72(24):3175-3177.

[58]M.Jutzi,M.Berroth,G.W觟hl,et al.Ge-on-Si vertical incidence photodiodes with 39-GHz bandwidth[J].IEEE Photon.Technol.Lett.,2005,17(7):1510-1512.

[59]S.Klinger,M.Berroth,M.Kaschel,et al.Ge-on-Si p-i-n Photodiodes With a 3-dB Bandwidth of 49 GHz[J].IEEE Photon.Technol.Lett.,2009,21(13):920-922.

[60]J.Osmond,L.Vivien,J.Fédéli,et al.40 Gb/s surfaceilluminated Ge-on-Si photodetectors[J].Appl.Phys.Lett.,2009,95(15):151116.

[61]F.Huang,M.Chu and M.Tanner.High-quality strainrelaxed SiGe alloy grown on implanted silicon-oninsulator substrate[J].Appl.Phys.Lett.,2000,76(19):2680-2682.