參考程序等4SiGeGeSiGepin發(fā)光二極管設計與模擬

本章采用SiGe/Ge/SiGepin異質結結構設計SiGe發(fā)光二極管器件。本次設計Si0.8Ge0.2/Ge/Si0.8Ge0.2p-i-n異質結發(fā)光二極管，首先通過Silvaco軟件模擬了該異質結構的能帶圖并討論了能級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)光二極管的設內需要有某種激發(fā)過程存在，通過過剩非平衡載流子(過剩非平衡電子和空穴)的復合，PNPIN結等二極管結構比較容易通過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驗上，并且與標準的Si-CMOS工藝相兼容，成本較低。SiGe／Ge／SiGepin發(fā)光二極管的模設計了Si0.8Ge0.2/Ge/Si0.8Ge02p-i-n異質結發(fā)光二極管。首先用Silvaco軟件對Si0.8Ge0.2/Ge/Si0.8Ge0.2p-i-n異質結構進行能帶的模擬。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)設計為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異質結構的能帶圖及對應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異質結構的能帶圖及對應的載流子分布如圖4-1-3所示。從能帶圖中可知，在正向1.0V電壓下，電子和空穴的準能Ge層的導帶和價帶，因此在這種情況下，大量過剩載Ge層中，并且載流子發(fā)生了粒子數反轉，電子和空穴容易發(fā)生輻射復4-1-3Si0.8Ge0.2/Ge/Si0.8Ge0.2p-i-n1.0V層i區(qū)就可以實現粒子數反轉并且有源層i區(qū)兩邊的SiGe層起到了限制載流子的作用，有利于Ge實現直接帶隙的發(fā)光。I-V1VSiGe/Ge/SiGepinIV4-2-34-2-3pinIV如圖所示，以陽電壓V為橫坐標，電流I為縱坐標，得到的I/V特性曲線。從圖中可以看出，當給二極管施加的正向偏壓小于0.8V時，陽極電流基本等于0，此時二0.8V時，二極管才導通。在外加0-4V偏壓的情況下的有源區(qū)i-Ge層的電子濃度與對應的電壓關系如表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：在0到1V左右，電子濃度隨著電壓的增大而增大，幾乎呈現指數增長的趨勢（在對 )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 ，通過查閱文獻可以取值為10-10s[42]，而r代表室溫下Ge直接帶的吸收系數，fc(hv)以及fv(hv)表示載流子的分布函數，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量、空穴有效質量、導帶底、價帶頂、帶隙、電子準能級、空穴準能級，為了計算方便，我們在計算中不考慮表面復合、Auger復合等非輻射復R2.05x102.05x1018cm-2.26x1018cm-4.01x1018cm- Wavelength4-2-3Ge4-2-3Ge的自發(fā)發(fā)射譜。通過理論計算3-168IntensityIntensity420 4-2-44.01x1018cm-3的發(fā)光強度為標準，進行理論數據的歸一化處理，最4-2-4所示。從圖中我們看到，理論計算表明，當注入到i1.0x1019cm-3時，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