基于标准CMOS技术的新型多晶硅发光器件的设计与实现

发布时间：2021-02-08 01:37

　　目前与互补金属氧化物半导体工艺兼容且具有高发光效率的硅基光源的制作技术尚不成熟,针对这一问题,研究了一种新型多晶硅发光器件。首先研究了该结构在反偏电压下可能存在的各种雪崩模式（带间跃迁、轫致辐射、空穴在轻和重质量带之间的带内跃迁、高场条件下的电离和间接带间重组）,对不同雪崩模式下的发光机理进行了理论分析;然后研究了器件内部的空穴和电子在反偏电压下的漂移及扩散情况,指出载流子注入增加了参与雪崩倍增过程的载流子数量,进而使碰撞电离率提高;最后对器件的电场、光谱、电流与光强等数据进行分析,对量子效率和光电转换效率进行计算,验证了所研究结构通过载流子注入实现了碰撞电离率的提高,进而实现了发光效率的提高,其中量子效率为5.9×10^-5,光电转换效率为4.3×10^-6。 

【文章来源】：中国激光. 2020,47(07)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

新型多晶硅器件截面图

图2所示为Si导带和价带中的电子及空穴的能带图,该图说明电子和空穴在不同激发条件下可能发生的动量变化和后续的光子跃迁。当然,光子的跃迁方式还存在很多争议,图2只是其中的一种假设[14]。图2描述了电子和空穴在带内、带间跃迁的4种方法,对应的4种雪崩发射机制已在图2中标注给出:标记a是带间跃迁(波矢k=0)[15], b是轫致辐射[16] ,c是空穴在轻质量带和重质量带之间的带内跃迁[17] , d是高场条件下的电离和间接带间重组[18-19]。硅是间接带隙半导体,多晶硅发出的光,除了受到4种发光机理的影响,还会受到硅材料的吸收作用。外界能够接收到的光子数量,等于器件内部发射的光子数量减去硅材料吸收的光子数量,即有

图6 光强与驱动电流的关系曲线从图7中可见,当驱动电压达到PN结的反向偏压时,PN结中将产生反向偏置电流,该反向偏置电流将作为驱动电流。当驱动电压在16～21 V范围内时,反偏PN结的耗尽区发生缺陷击穿;当驱动电压大于27 V时,反偏PN结的耗尽区发生雪崩倍增。当驱动电压在21～27 V范围内时,驱动电流基本上与驱动电压成线性关系。因为光强度与驱动电流成线性关系,所以缺陷击穿区域之后的驱动电压与光强度线性相关。当驱动电压和驱动电流增加时,器件的光强度随着驱动电流的增加而增加,并且器件的电功率随着驱动电流和驱动电压的增加而增加。因此,不可能通过增加驱动电压来提高发光效率,在电压增加的情况下,电功率增加的幅度更大,装置的发光效率得不到有效提高。


本文编号：3023163