GeSn發(fā)光二極管研究.pdf

1、為了進(jìn)一步提高器件的性能，新型材料GeSn進(jìn)入了研究視野，GeSn的帶隙可以連續(xù)變化，即可以從間接帶隙半導(dǎo)體變?yōu)橹苯訋栋雽?dǎo)體，同時，由于Sn晶格常數(shù)大于Ge，因而在形成GeSn合金時，會對Ge產(chǎn)生一個張應(yīng)變，并且其遷移率也相對于傳統(tǒng)的半導(dǎo)體材料有著成倍的上升，因此GeSn合金能夠很好的應(yīng)用于光電器件。在光電器件中，GeSn材料能夠擴(kuò)展其光譜范圍，從可見光向紅外甚至遠(yuǎn)紅外擴(kuò)展，同時，GeSn材料也可以用作場效應(yīng)晶體管等的導(dǎo)電溝道，因為G

2、eSn合金能夠提升載流子遷移率因而能夠大幅度提升器件電特性。但是，GeSn材料比較難于獲得，主要因為GeSn之間的晶格失配、較低的固溶度以及Sn在Ge表面的偏析，GeSn材料的質(zhì)量直接決定了器件的各項性能，因而如何獲得更好的GeSn合金也是研究GeSn的一個重要方面。
　　本文主要研究光電器件中的發(fā)光二極管，并結(jié)合對GeSn材料合金的研究，從而設(shè)計出具有新型結(jié)構(gòu)的 GeSn發(fā)光二極管，所設(shè)計的 GeSn發(fā)光二極管采用 pin結(jié)構(gòu)，

3、p層與n層均使用重?fù)诫s的Si而GeSn位于器件的本征i層其厚度為300nm，Sn含量為3％并且p區(qū)摻雜濃度為191?10，n區(qū)摻雜濃度為181?10，為了減小晶格失配在p與i和n與i之間分別加入厚度較小的本征Ge層。使用Silvaco軟件進(jìn)行器件仿真，所設(shè)計的 GeSn發(fā)光二極管與光電探測器均使用結(jié)構(gòu)描述進(jìn)行仿真。仿真結(jié)果表明，所設(shè)計的具有新型結(jié)構(gòu)的GeSn發(fā)光二極管其光譜范圍為800nm-2000nm，并且在1550nm左右有著最高的

4、發(fā)光功率，這將傳統(tǒng)的應(yīng)變Ge發(fā)光二極管的光譜范圍擴(kuò)展到了紅外區(qū)，同時，仿真的I-V特性也較傳統(tǒng)的發(fā)光二極管有著較大的提升。之后又分別設(shè)計了多個GeSn發(fā)光二極管器件，并且分別改變Sn含量、本征i層厚度、p區(qū)和n區(qū)摻雜濃度，然后仿真其對器件各個特性的影響。仿真結(jié)果表明，Sn含量在達(dá)到5%及以上時對器件的光電特性有著比較大的提升，本征 i層厚度在100nm-300nm時能夠大幅提升器件的光電特性，但是在厚度達(dá)到400nm時，其光電特性較30