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硅基硅锗材料因其优越的性能,特别是与成熟硅微电子工艺相兼容,在硅基光电子器件如光电探测器、场效应晶体管等方面得到了广泛的应用,硅基硅锗薄膜生长及相关器件的研制引起了人们浓厚的兴趣。然而由于锗与硅的晶格失配度较大,在硅基上生长高质量硅锗和锗薄膜仍然是一个挑战性的课题,需要引入缓冲层技术。本论文采用低温缓冲层技术在UHV/CVD系统上生长出高质量硅基硅锗和锗弛豫衬底,并在此基础上研制出硅基长波长锗光电探测器。主要工作和研究成果如下:为了促进外延层应变弛豫、改善表面形貌,我们提出了低温Ge量子点缓冲层制备SiGe弛豫衬底的技术。分析了低温Ge量子点缓冲层在调节应力、湮灭位错等方面的机理,系统地研究了低温Ge量子点缓冲层制备SiGe弛豫衬底的生长条件,制备出质量良好的Si0.72Ge0.28弛豫衬底。Si0.72Ge0.28外延层的厚度仅为380nm,弛豫度高达99%,位错密度低于105cm-2,表面粗糙度小于2 nm,表面无Cross-hatch形貌,具有良好的热稳定性。系统地研究了低温Ge缓冲层的生长温度和厚度对高温Ge外延层表面形貌、应变弛豫等的影响和作用机理,探讨了低温SiGe和Ge双缓冲层对Ge外延层晶体质量改善的作用,优化了低温缓冲层生长条件,在UHV/CVD系统上生长出高质量Si基Ge薄膜。在硅衬底上制备的400nm-Ge外延层表面无Cross-hatch形貌、表面粗糙度仅为0.7 nm,X射线衍射峰的峰形对称且峰值半高宽为470 arcsec,化学腐蚀位错坑法测试位错密度为5×105 cm-2。研究了高温Ge外延层中张应变的产生机理以及对能带结构的影响。张应变主要是由于Ge和Si热膨胀系数的不同在Ge外延层从高温冷却到室温的过程中产生的,实验测量张应变的大小和理论计算值相吻合。定量计算表明张应变每增加0.1%,直接带隙将减小14 meV。设计并制备了正入射Si基长波长Ge PIN光电探测器。器件在-1 V偏压下的暗电流密度为20 mA/cm2,在波长1.55μm处-2V偏压下的响应度高达0.23 A/W。根据响应度计算Si基张应变的Ge外延层在1.55μm处的吸收系数比体Ge材料提高了3倍,达到3000 cm-1。采用SOI衬底Ge外延层制备的探测器观测到共振增强效应。