参考程序等4SiGeGeSiGepin发光二极管设计与模拟

本章采用SiGe/Ge/SiGepin异质结结构设计SiGe发光二极管器件。本次设计Si0.8Ge0.2/Ge/Si0.8Ge0.2p-i-n异质结发光二极管，首先通过Silvaco软件模拟了该异质结构的能带图并讨论了能级和载流子在正向偏压下的分布情况；其次模拟了在外加正向偏压下器件的IV特性曲线以及在不同偏压条件下该发光器件有源区Ge层的电子SiGe／Ge／SiGepin发光二极管的设内需要有某种激发过程存在，通过过剩非平衡载流子(过剩非平衡电子和空穴)的复合，PNPIN结等二极管结构比较容易通过电流注入的方式获得Si0.8Ge0.2/Ge/Si0.8Ge0.2p-i-nGeGe层的载流子注入效率；另一方面，Si0.8Ge0.2/Ge具有不同的折易从实验上，并且与标准的Si-CMOS工艺相兼容，成本较低。SiGe／Ge／SiGepin发光二极管的模设计了Si0.8Ge0.2/Ge/Si0.8Ge02p-i-n异质结发光二极管。首先用Silvaco软件对Si0.8Ge0.2/Ge/Si0.8Ge0.2p-i-n异质结构进行能带的模拟。其中：第一区域 =0x.max=0.5y.min=0y.max x.min=0.5x.max=1.5y.miny.max 第三区域 x.min x.max=2y.min=0y.max=0.2第四区域x.min=0.5x.max=1.5y.min= y.max= oxidex.min=0x.max y.max 第六区域：Six.min=0x.max=2y.min=0.6y.max ，p、区设计为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异质结构的能带图及对应pnii区载流子浓度发生了变化，从而4-1-2Si0.8Ge0.2/Ge/Si0.8Ge0.2p-i-n1.0V电压下，Si0.8Ge02/Ge/Si0.8Ge02p-i-n异质结构的能带图及对应的载流子分布如图4-1-3所示。从能带图中可知，在正向1.0V电压下，电子和空穴的准能Ge层的导带和价带，因此在这种情况下，大量过剩载Ge层中，并且载流子发生了粒子数反转，电子和空穴容易发生辐射复4-1-3Si0.8Ge0.2/Ge/Si0.8Ge0.2p-i-n1.0V层i区就可以实现粒子数反转并且有源层i区两边的SiGe层起到了限制载流子的作用，有利于Ge实现直接带隙的发光。I-V1VSiGe/Ge/SiGepinIV4-2-34-2-3pinIV如图所示，以阳电压V为横坐标，电流I为纵坐标，得到的I/V特性曲线。从图中可以看出，当给二极管施加的正向偏压小于0.8V时，阳极电流基本等于0，此时二0.8V时，二极管才导通。在外加0-4V偏压的情况下的有源区i-Ge层的电子浓度与对应的电压关系如表4-2-14-2-2。4-2-1Gen(cm-n(cm-5.175.295.435.535.655.876.064-2-2Gepinipini区电子浓度具有如下特点：在0到1V左右，电子浓度随着电压的增大而增大，几乎呈现指数增长的趋势（在对 )Ge发辐射发光的跃迁 )

(hv)

c(hv)[1

(hv)]

(3-r中的 代表电子的辐 ，通过查阅文献可以取值为10-10s[42]，而r代表室温下Ge直接带的吸收系数，fc(hv)以及fv(hv)表示载流子的分布函数，可以fc(hv)

E

(hv

g)

f(hv)

]1

(3-v

(hvE

g)

]Rmr=mnxmp/(mn+mp);mn、mpEc、Ev、Eg、Fc、Fv分别表示室温下（300K）锗材料的电子有效质量、空穴有效质量、导带底、价带顶、带隙、电子准能级、空穴准能级，为了计算方便，我们在计算中不考虑表面复合、Auger复合等非辐射复R2.05x102.05x1018cm-2.26x1018cm-4.01x1018cm- Wavelength4-2-3Ge4-2-3Ge的自发发射谱。通过理论计算3-168IntensityIntensity420 4-2-44.01x1018cm-3的发光强度为标准，进行理论数据的归一化处理，最4-2-4所示。从图中我们看到，理论计算表明，当注入到i1.0x1019cm-3时，室温下锗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 #参杂#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