硅光电子学（Silicon Photonics）是以硅为工作介质/器件基底的光电子学，这一领域发展迅速，在军事与民用方面应用广阔。

硅-锗-锡类新型Ⅳ族半导体材料具备优越的红外光电子与微电子学性质，且易于在硅衬底上生长集成，是硅光电子学、红外光电子学、微电子学等领域极具潜力的发展方向。锗的直接带隙为0.8 eV, 对应吸收截止波长为1550 nm，可以覆盖大部分红外通信频带。在锗中掺入锡形成锗锡合金，材料的带隙会减小，含有2%以上锡的锗锡合金即可覆盖所有红外通信频带。在含锡9%以上时，锗锡合金变为直接带隙半导体材料，在红外激光器方向有广阔发展前景。随着锡含量继续增加(>14%)，其吸收波长进入中红外光区(>3μm)，从而具备更多领域内的应用潜力，但材料的合成难度也相应地大为增加。目前国际上常见的此类材料合成方法有分子束外延(MBE)和化学气相沉积(CVD)两种。

    我们的研究利用化学气相沉积方法，使用新一代高活性气体源，在硅、锗等衬底上外延生长新型硅-锗-锡类IV族半导体材料（如Ge、GeSi、GeSn、GeSiSn等）的高质量单晶薄膜，研制红外光电子器件，并以此为基础研究半导体物理领域的重要问题，如能带结构、掺杂效应、晶格常数等等。

（图一：纯锗的能带结构图，其直接带隙为0.8eV,间接带隙为0.67eV

（图二：含锡2%的锗锡合金光传感器即可覆盖所有红外通信频带）

                                               

（图三：使用多种高活性气体源生长硅-锗-锡合金薄膜示意图）

              

（图四：生长出的高质量材料，制作的光电子器件与其性能展示）

      中国科学院半导体研究所光电子研究发展中心M组，由半导体所副所长、国家杰出青年基金获得者薛春来研究员领衔，目前组内共有研究员、博士生导师2人（薛春来、徐驰）、青年研究员、硕士生导师1人（丛慧）、助理研究员1人（王钇心），博士后1人，研究生8人。

      我们聚焦IV族新型半导体材料与光电子器件的研发及相关的半导体物理问题，并努力在系统集成及光电融合方向实现突破。实验室设备先进，经费充足，组内气氛融洽。研究生生活补助略高于单位平均水平，且每年年末会基于每人的实际贡献发放绩效奖励（发表论文、申请专利、维修设备、解决各种难题等均可计算在内）。欢迎相关专业有兴趣的同学们联系报考。（相关专业包括：物理、电子、微电子、材料、集成电路、无机化学、光学、光电子，等等）

      我们拥有新装修完成投入使用的千级材料生长洁净间、万级材料与器件表征洁净间，超高真空化学气相沉积系统、高精度X射线衍射仪、光子芯片智能耦合封测系统、傅里叶红外光谱仪等，实验条件优越。

0805Z2-半导体材料与器件

IV族半导体材料
半导体器件
半导体物理

2008-08--2013-12   亚利桑那州立大学   理学博士
2004-09--2008-07   北京大学   理学学士

   

2022-02~现在, 中国科学院半导体研究所, 研究员
2021-05~2022-01,中国科学院半导体研究所, 副研究员
2019-10~2020-12,亚利桑那州立大学, 助理研究教授
2015-09~2019-10,亚利桑那州立大学, 助理研究科学家
2014-03~2015-09,亚利桑那州立大学, 博士后研究员

   

[1] 薛春来, 谢长江, 丛慧, 徐驰, 王钇心. 一种低偏振敏感阵列波导光栅粗波分复用器. CN: CN117289396A, 2023-12-26.
[2] 薛春来, 徐国印, 丛慧, 徐驰. 一种红外焦平面阵列及其制备方法. 2021113175 45.1, 2021-11-08.
[3] 薛春来, 王啸宇, 丛慧, 徐驰, 万丰硕, 徐国印, 谢长江. 光探测器及其制备方法. CN202111239248.X, 2021-10-25.
[4] 薛春来, 王啸宇, 丛慧, 徐驰, 万丰硕, 徐国印, 谢长江. 光探测器及其制备方法. CN: CN113972295B, 2023-04-07.

   

[1] 谢长江, 李悦, 吴正杰, 吴淞嵩, 王钇心, 林光杨, 李成, 丛慧, 徐驰, 薛春来. High-quality Ge1−xSnx (x = 0–0.11) realized by UHV-CVD using Ge2H6 and SnCl4: Materials growth, structural/optical properties, and prototype IR photodetectors. APL Materials[J]. 2024, 第 9 作者  通讯作者  12(null): 071122-1, 
[2] 谢长江, 李悦, 徐驰, 王钇心, 丛慧, 薛春来. Epitaxial growth of high-quality Ge layers on Si with Ge2H6 under UHV-CVD conditions. SEMICONDUCTOR SCIENCE AND TECHNOLOGY[J]. 2023, 第 3 作者  通讯作者  39(null): 015008-1, 
[3] Wan, Fengshuo, Xu, Chi, Wang, Xiaoyu, Xu, Guoyin, Cheng, Buwen, Xue, Chunlai. Study of strain evolution mechanism in Ge1_xSnx materials grown by low temperature molecular beam epitaxy. JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH[J]. 2022, 第 2 作者  通讯作者  577: 
[4] Xu, Guoyin, Cong, Hui, Wan, Fengshuo, Wang, Xiaoyu, Xie, Changjiang, Xu, Chi, Xue, Chunlai. Si-Based Ge 320 x 256 Focal Plane Array for Short-Wave Infrared Imaging. IEEE PHOTONICS TECHNOLOGY LETTERS[J]. 2022, 第 6 作者34(10): 517-520, http://dx.doi.org/10.1109/LPT.2022.3168308.
[5] Mircovich, Matthew A, Xu, Chi, Ringwala, Dhruve A, Poweleit, Christian D, Menendez, Jose, Kouvetakis, John. Extended Compositional Range for the Synthesis of SWIR and LWIR Ge1-ySny Alloys and Device Structures via CVD of SnH4 and Ge3H8. ACS APPLIED ELECTRONIC MATERIALS[J]. 2021, 第 2 作者3(8): 3451-3460, http://dx.doi.org/10.1021/acsaelm.1c00424.
[6] Xu, Chi, Hu, Ting, Ringwala, Dhruve A, Menendez, Jose, Kouvetakis, John. Gas source molecular epitaxy of Ge1-ySny materials and devices using high order Ge4H10 and Ge5H12 hydrides. JOURNAL OF VACUUM SCIENCE & TECHNOLOGY A[J]. 2021, 第 1 作者39(6): 
[7] Xu Chi, Patrick Wallace, Dhruve Ringwala, Shery LY Chang, Christian Poweleit, KOUVETAKIS, JOHN, Jose Menendez. Mid-infrared (3–8 μm) Ge1−ySny alloys (0.15 < y < 0.30): Synthesis, structural, and optical properties. Applied Physics Letters[J]. 2019, 第 1 作者  通讯作者  114(21): 212104-1-212104-5, 
[8] Xu, Chi, Kouvetakis, John, Menendez, Jose. Doping dependence of the optical dielectric function in n-type germanium. JOURNAL OF APPLIED PHYSICS[J]. 2019, 第 1 作者  通讯作者  125(8): https://www.webofscience.com/wos/woscc/full-record/WOS:000460033800081.
[9] Xu, Chi, Ringwala, Dhruve, Wang, Duo, Liu, Lei, Poweleit, Christian D, Chang, Shery L Y, Zhuang, Houlong L, Menendez, Jose, Kouvetakis, John. Synthesis and Fundamental Studies of Si-Compatible (Si)GeSn and GeSn Mid-IR Systems with Ultrahigh Sn Contents. CHEMISTRY OF MATERIALS[J]. 2019, 第 1 作者  通讯作者  31(23): 9831-9842, https://www.webofscience.com/wos/woscc/full-record/WOS:000502418000026.
[10] Xu, Chi, Wallace, Patrick M, Ringwala, Dhruve A, Menendez, Jose, Kouvetakis, John. Fabrication of Ge:Ga Hyperdoped Materials and Devices Using CMOS-Compatible Ga and Ge Hydride Chemistries. ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES[J]. 2018, 第 1 作者  通讯作者  10(43): 37198-37206, https://www.webofscience.com/wos/woscc/full-record/WOS:000449239600068.
[11] Xu, Chi, Senaratne, Charutha L, Culbertson, Robert J, Kouvetakis, John, Menendez, Jose. Deviations from Vegard's law in semiconductor thin films measured with X-ray diffraction and Rutherford backscattering: The Ge1-ySny and Ge1-xSix cases. JOURNAL OF APPLIED PHYSICS[J]. 2017, 第 1 作者122(12): https://www.webofscience.com/wos/woscc/full-record/WOS:000412099600056.
[12] Xu, Chi, Fernando, Nalin S, Zollner, Stefan, Kouvetakis, John, Menendez, Jose. Observation of Phase-Filling Singularities in the Optical Dielectric Function of Highly Doped n-Type Ge. PHYSICAL REVIEW LETTERS[J]. 2017, 第 1 作者  通讯作者  118(26): https://www.webofscience.com/wos/woscc/full-record/WOS:000404160100014.
[13] Xu, Chi, Senaratne, Charutha L, Sims, Patrick, Kouvetakis, John, Menendez, Jose. Ultralow Resistivity Ge:Sb heterostructures on Si Using Hydride Epitaxy of Deuterated Stibine and Trigermane. ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES[J]. 2016, 第 1 作者  通讯作者  8(36): 23810-23819, http://dx.doi.org/10.1021/acsami.6b06161.
[14] Xu, Chi, Senaratne, C L, Kouvetakis, J, Menendez, J. Experimental doping dependence of the lattice parameter in n-type Ge: Identifying the correct theoretical framework by comparison with Si. PHYSICAL REVIEW B[J]. 2016, 第 1 作者  通讯作者  93(4): https://www.webofscience.com/wos/woscc/full-record/WOS:000367780600003.
[15] Xu, Chi, Gallagher, J D, Senaratne, C L, Menendez, J, Kouvetakis, J. Optical properties of Ge-rich Ge1-xSix alloys: Compositional dependence of the lowest direct and indirect gaps. PHYSICAL REVIEW B[J]. 2016, 第 1 作者  通讯作者  93(12): https://www.webofscience.com/wos/woscc/full-record/WOS:000371739500009.
[16] Xu, Chi, Gallagher, J D, Sims, P, Smith, D J, Menendez, J, Kouvetakis, J. Non-conventional routes to SiGe:P/Si(100) materials and devices based on -SiH3 and -GeH3 derivatives of phosphorus: synthesis, electrical performance and optical behavior. SEMICONDUCTOR SCIENCE AND TECHNOLOGY[J]. 2015, 第 1 作者  通讯作者  30(4): https://www.webofscience.com/wos/woscc/full-record/WOS:000354781400016.
[17] Xu, Chi, Gallagher, J D, Wallace, P M, Senaratne, L, Sims, P, Menendez, J, Kouvetakis, J. In situ low temperature As-doping of Ge films using As(SiH3)(3) and As(GeH3)(3): fundamental properties and device prototypes. SEMICONDUCTOR SCIENCE AND TECHNOLOGY[J]. 2015, 第 1 作者  通讯作者  30(10): https://www.webofscience.com/wos/woscc/full-record/WOS:000362602300036.
[18] Xu, Chi, Senaratne, Charutha L, Kouvetakis, John, Menendez, Jose. Compositional dependence of optical interband transition energies in GeSn and GeSiSn alloys. SOLID-STATE ELECTRONICS[J]. 2015, 第 1 作者110: 76-82, http://dx.doi.org/10.1016/j.sse.2015.01.015.
[19] Xu, Chi, Senaratne, C L, Kouvetakis, J, Menendez, J. Frustrated incomplete donor ionization in ultra-low resistivity germanium films. APPLIED PHYSICS LETTERS[J]. 2014, 第 1 作者  通讯作者  105(23): http://dx.doi.org/10.1063/1.4903492.
[20] Xu, Chi, Beeler, Richard T, Jiang, Liying, Gallagher, James D, Favaro, Ruben, Menendez, Jose, Kouvetakis, John. Synthesis and optical properties of Sn-rich Ge1-x - ySixSny materials and devices. THIN SOLID FILMS[J]. 2014, 第 1 作者557: 177-182, http://dx.doi.org/10.1016/j.tsf.2013.08.043.
[21] Xu, Chi, Jiang, Liying, Kouvetakis, John, Menendez, Jose. Optical properties of Ge1-x-ySixSny alloys with y > x: Direct bandgaps beyond 1550 nm. APPLIED PHYSICS LETTERS[J]. 2013, 第 1 作者  通讯作者  103(7): https://www.webofscience.com/wos/woscc/full-record/WOS:000323769000042.
[22] Xu, Chi, Beeler, Richard T, Jiang, Liying, Grzybowski, Gordon, Chizmeshya, Andrew V G, Menendez, Jose, Kouvetakis, John. New strategies for Ge-on-Si materials and devices using non-conventional hydride chemistries: the tetragermane case. SEMICONDUCTOR SCIENCE AND TECHNOLOGY[J]. 2013, 第 1 作者  通讯作者  28(10): https://www.webofscience.com/wos/woscc/full-record/WOS:000324646800001.
[23] Xu, Chi, Beeler, Richard T, Grzybowski, Gordon J, Chizmeshya, Andrew V G, Smith, David J, Menendez, Jose, Kouvetakis, John. Molecular Synthesis of High-Performance Near-IR Photodetectors with Independently Tunable Structural and Optical Properties Based on Si-Ge-Sn. JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY[J]. 2012, 第 1 作者134(51): 20756-20767, http://dx.doi.org/10.1021/ja309894c.

   

（ 1 ） 徐驰所匹启动经费, 负责人, 研究所自选, 2021-05--2025-12
（ 2 ） 面向高性能计算应用的超高带宽光收发芯片及模块, 负责人, 国家任务, 2022-07--2025-06
（ 3 ） 锗锡合金材料N型原位掺杂技术与机理研究, 负责人, 国家任务, 2023-01--2026-12
（ 4 ） 后摩尔时代硅基异质材料及调控机理, 参与, 中国科学院计划, 2022-07--2027-07
（ 5 ） 硅基IV族材料与器件研究, 负责人, 国家任务, 2022-09--2025-12
（ 6 ） 徐驰人才匹配科研经费, 负责人, 中国科学院计划, 2022-10--2024-12

现指导学生

常希燕  硕士研究生  0805Z2-半导体材料与器件  

吴正杰  硕士研究生  085600-材料与化工