锗材料因其具有比硅材料更高的载流子迁移率和在通信波段具有更高的吸收系数,并且与成熟的硅微电子工艺相兼容等优点,使硅基锗光电子材料与器件成为Si基光电集成领域重要的研究课题之一。由于金属/n-Ge接触存在强烈的费米钉扎效应,在Si基Ge器件中引入高的势垒高度和大的接触电阻,恶化了Si基Ge器件的光电学性能,阻碍了Si基Ge器件的发展。因此,对缓解Ge的费米钉扎效应,调制金属/n-Ge接触的势垒高度和提高金属/n+-Ge接触的比接触电阻率的研究对提高Ge器件的性能都具有重要的意义。　　本文开展了金属/n-Ge接触势垒高度的调制方法和机理的研究,将A1/TaN叠层电极应用于SOI基Ge PIN光电二极管,有效提高了二极管的性能。本论文的主要工作内容和创新点如下:　　1、研究了金属与S离子或者Cl离子钝化的n-Ge接触。研究了不同条件下S离子或Cl离子对Ge表面的钝化作用,最后获得了具有较低势垒高度(约为0.42eV)的金属/n-Ge接触。　　2、首次提出采用纳米级金属性TaN薄膜作为中间层调制金属/n-Ge接触的势垒高度。发现在10nm范围内,金属/TaN/n-Ge接触的势垒高度随着TaN厚度的增加由0.6eV降低到0.44eV(仅TaN/n-Ge接触的势垒高度),且与盖帽层金属的种类无关。此后势垒高度不随TaN厚度的变化而变化。研究了TaN厚度调制金属与n-Ge接触的势垒高度机理,认为TaN/n-Ge接触形成的界面偶极子层以及氮对Ge界面的钝化作用减小了Ge界面的费米钉扎效应,与单质金属相比,降低了接触的势垒高度。而TaN厚度对势垒高度的调制作用源于双层金属的互扩散。　　3、基于圆形传输线模型,制作并测试对比了Al/TaN(15nm)/n+-Ge和Al/n+-Ge接触的比接触电阻率,其中Ge掺杂浓度为1×1019cm-3,发现采用Al/TaN(15nm)电极,n+-Ge比接触电阻率由1.2×10-3-Ω·cm2降低到2.7×10-5Ω·cm2,降低了2个数量级。比接触电阻率的降低主要源于TaN薄膜降低势垒高度的作用。　　4、将Al/TaN(600/15nm)双层金属作为N型Ge电极材料制备了SOI基Ge PIN光电二极管。与具有相同结构但是N型Ge电极材料为Al的直径为24μm台面二极管相比,在1.55μm波长和-1V偏压下的3dB响应带宽提高了4倍,从1.4GHz提高到6GHz;而暗电流减小了约一个数量级,从1.2×10-6A降低到3.5×10-7A;而光响应度提高了2.5倍,从0.12A/W提高到0.3A/W。表明TaN叠层电极不仅可以降低器件的串联电阻,而且可以有效降低界面对载流子的捕获,有利于全面提升Ge器件的性能。