參考程序等4SiGeGeSiGepin發(fā)光二極管設(shè)計(jì)與模擬

本章采用SiGe/Ge/SiGepin異質(zhì)結(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)SiGe發(fā)光二極管器件。本次設(shè)計(jì)Si0.8Ge0.2/Ge/Si0.8Ge0.2p-i-n異質(zhì)結(jié)發(fā)光二極管，首先通過(guò)Silvaco軟件模擬了該異質(zhì)結(jié)構(gòu)的能帶圖并討論了能級(jí)和載流子在正向偏壓下的分布情況；其次模擬了在外加正向偏壓下器件的IV特性曲線以及在不同偏壓條件下該發(fā)光器件有源區(qū)Ge層的電子SiGe／Ge／SiGepin發(fā)光二極管的設(shè)內(nèi)需要有某種激發(fā)過(guò)程存在，通過(guò)過(guò)剩非平衡載流子(過(guò)剩非平衡電子和空穴)的復(fù)合，PNPIN結(jié)等二極管結(jié)構(gòu)比較容易通過(guò)電流注入的方式獲得Si0.8Ge0.2/Ge/Si0.8Ge0.2p-i-nGeGe層的載流子注入效率；另一方面，Si0.8Ge0.2/Ge具有不同的折易從實(shí)驗(yàn)上，并且與標(biāo)準(zhǔn)的Si-CMOS工藝相兼容，成本較低。SiGe／Ge／SiGepin發(fā)光二極管的模設(shè)計(jì)了Si0.8Ge0.2/Ge/Si0.8Ge02p-i-n異質(zhì)結(jié)發(fā)光二極管。首先用Silvaco軟件對(duì)Si0.8Ge0.2/Ge/Si0.8Ge0.2p-i-n異質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行能帶的模擬。其中：第一區(qū)域 =0x.max=0.5y.min=0y.max x.min=0.5x.max=1.5y.miny.max 第三區(qū)域 x.min x.max=2y.min=0y.max=0.2第四區(qū)域x.min=0.5x.max=1.5y.min= y.max= oxidex.min=0x.max y.max 第六區(qū)域：Six.min=0x.max=2y.min=0.6y.max ，p、區(qū)設(shè)計(jì)為Si0.8Ge0.22x1020cm-34-1-14-1-1Si0.8Ge0.2/Ge/Si0.8Ge0.2p-i-n4-1-2Si0.8Ge0.2/Ge/Si0.8Ge0.2p-i-n異質(zhì)結(jié)構(gòu)的能帶圖及對(duì)應(yīng)pnii區(qū)載流子濃度發(fā)生了變化，從而4-1-2Si0.8Ge0.2/Ge/Si0.8Ge0.2p-i-n1.0V電壓下，Si0.8Ge02/Ge/Si0.8Ge02p-i-n異質(zhì)結(jié)構(gòu)的能帶圖及對(duì)應(yīng)的載流子分布如圖4-1-3所示。從能帶圖中可知，在正向1.0V電壓下，電子和空穴的準(zhǔn)能Ge層的導(dǎo)帶和價(jià)帶，因此在這種情況下，大量過(guò)剩載Ge層中，并且載流子發(fā)生了粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，電子和空穴容易發(fā)生輻射復(fù)4-1-3Si0.8Ge0.2/Ge/Si0.8Ge0.2p-i-n1.0V層i區(qū)就可以實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)并且有源層i區(qū)兩邊的SiGe層起到了限制載流子的作用，有利于Ge實(shí)現(xiàn)直接帶隙的發(fā)光。I-V1VSiGe/Ge/SiGepinIV4-2-34-2-3pinIV如圖所示，以陽(yáng)電壓V為橫坐標(biāo)，電流I為縱坐標(biāo)，得到的I/V特性曲線。從圖中可以看出，當(dāng)給二極管施加的正向偏壓小于0.8V時(shí)，陽(yáng)極電流基本等于0，此時(shí)二0.8V時(shí)，二極管才導(dǎo)通。在外加0-4V偏壓的情況下的有源區(qū)i-Ge層的電子濃度與對(duì)應(yīng)的電壓關(guān)系如表4-2-14-2-2。4-2-1Gen(cm-n(cm-5.175.295.435.535.655.876.064-2-2Gepinipini區(qū)電子濃度具有如下特點(diǎn)：在0到1V左右，電子濃度隨著電壓的增大而增大，幾乎呈現(xiàn)指數(shù)增長(zhǎng)的趨勢(shì)（在對(duì) )Ge發(fā)輻射發(fā)光的躍遷 )

(hv)

c(hv)[1

(hv)]

(3-r中的 代表電子的輻 ，通過(guò)查閱文獻(xiàn)可以取值為10-10s[42]，而r代表室溫下Ge直接帶的吸收系數(shù)，fc(hv)以及fv(hv)表示載流子的分布函數(shù)，可以fc(hv)

E

(hv

g)

f(hv)

]1

(3-v

(hvE

g)

]Rmr=mnxmp/(mn+mp);mn、mpEc、Ev、Eg、Fc、Fv分別表示室溫下（300K）鍺材料的電子有效質(zhì)量、空穴有效質(zhì)量、導(dǎo)帶底、價(jià)帶頂、帶隙、電子準(zhǔn)能級(jí)、空穴準(zhǔn)能級(jí)，為了計(jì)算方便，我們?cè)谟?jì)算中不考慮表面復(fù)合、Auger復(fù)合等非輻射復(fù)R2.05x102.05x1018cm-2.26x1018cm-4.01x1018cm- Wavelength4-2-3Ge4-2-3Ge的自發(fā)發(fā)射譜。通過(guò)理論計(jì)算3-168IntensityIntensity420 4-2-44.01x1018cm-3的發(fā)光強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)行理論數(shù)據(jù)的歸一化處理，最4-2-4所示。從圖中我們看到，理論計(jì)算表明，當(dāng)注入到i1.0x1019cm-3時(shí)，室溫下鍺goatlas#RectanglevsCylindrical#SimulatesasimpleLED#SILVACOInternational1992,1993,1994,1995,2001,2007Rectangle#2umX1umx.meshloc=0.0spacing=0.1x.meshloc=0.5spacing=0.1x.meshloc=1.5spacing=0.1x.meshloc=2.0spacing=0.1y.meshloc=0.0 y.meshloc=0.18spacing=0.1y.meshloc=0.2spacing=0.1y.meshloc=0.6 y.meshloc=1.0 ##(gradedheterojunctionsoutsideofcladdinglayers)regionnum=1x.min=0x.max=0.5y.min=0y.max=0.2 regionnum=2x.min=0.5x.max=1.5y.min=0y.max=0.18Material=SiO2#regionnum=3 regionnum=4x.min=0.5x.max=1.5y.min=0.18 regionnum=5x.min=0x.max=2y.min=0.2y.max=0.6Material=oxideregionnum=6x.min=0x.max=2y.min=0.6y.max=1#grad.34=0.1 x.min=0x.max=0.5y.min=0 name=cathodex.min=1.5 #參雜#douniformconc=2e20p.typeregion=1douniformconc=2e20n.type saveoutf=sancai.str#materialmaterial=Gecopt=5.3e-14augn=3.0e-32augp=7.0e-modelsfermi pleteconsrhaugeroptrprintmodelsregion=4fermiLIenssaveoutf=pSiGe_iGe_nSiGe_LED.str#mobilitymaterial=Ge\BN.CVT=1E15BP.CVT=1E15\CN.CVT=2.2E6CP.CVT=1E-10\EN.CVT=1EP.CVT=1\KN.CVT=2KP.CVT=2\DELN.CVT=1E15DELP.CVT=3E14\FELN.CVT=1E50FELP.CVT=1E50\BETAN.CVT=2BETAP.CVT=2\CSN.CVT=0CSP.CVT=0\GAMN.CVT=0GAMP.CVT=0\MU1N.CVT=0MU1P.CVT=0\PCN.CVT=0PCP.CVT=0\vsatn=6e6vsatp=6e6\egley.pegley.r=2.79#methodgummelmethodnewtonmaxtraps=10solveinitsaveoutf=pSiGe_iGe_nSiGe_LED_ini.strtonyplotpSiGe_iGe_nSiGe_LED_ini.str binationintegrate probename=radiativeinte