转移印刷的多重 Ge₀.₈₉Sn₀.₁₁ 薄膜中红外光电探测器
应用物理
2025-07-28 v1 光学
摘要
由于具有窄带隙且与硅工艺兼容，锗锡(Ge₁₋ₓSnₓ)合金是可扩展集成中红外光子学的通用平台。这些合金通常使用 Ge 作为中间层在硅晶圆上生长。然而，这种异质外延工艺中的大晶格失配会导致生长层中产生压应变。这种压应变除了扩大带隙外，还限制了材料质量及其热稳定性，从而需要增加 Sn 含量以覆盖更宽的中红外范围。释放的 Ge₁₋ₓSnₓ 薄膜可以有效缓解外延应变的有害影响，并控制带隙能量，同时还能实现在不同基底上的异质集成。基于此，本文制备了应变释放的 Ge₀.₈₉Sn₀.₁₁ 薄膜，并通过带有金属触点的转移印刷，在单次转移步骤中制造了多个光电探测器。所得光电探测器表现出扩展的光电探测截止波长，达到 3.1 μm，同时暗电流相比生长态光电导探测器降低了两个数量级。后者由于固有的压应变，截止波长缩短至 2.8 μm。此外，还研究了化学处理和退火的影响，结果表明暗电流可进一步降低。所展示的转移印刷技术结合粘合层的使用，可将多个 GeSn 薄膜转移到几乎任何基底上。该方法为利用 Ge₁₋ₓSnₓ 在中波红外范围内可调带隙的可扩展混合光电器件制造铺平了道路。
引用
@article{arxiv.2402.03462,
title = {Transfer-printed multiple Ge$_{0.89}$Sn$_{0.11}$ membrane mid-infrared photodetectors},
author = {Cédric Lemieux-Leduc and Mahmoud R. M. Atalla and Simone Assali and Sebastian Koelling and Patrick Daoust and Lu Luo and Gérard Daligou and Julien Brodeur and Stéphane Kéna-Cohen and Yves-Alain Peter and Oussama Moutanabbir},
journal= {arXiv preprint arXiv:2402.03462},
year = {2025}
}