标准cmos工艺u型si led器件发光分析

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1、标准CMOS工艺U型SiLED器件发光分析2009年5月26日14:07    半导体技术杨广华1,2,毛陆虹2,王伟1,黄春红1,郭维廉21天津工业大学信息与通信工程学院,天津300161;2天津大学电子信息工程学院,天津300072)摘要:描述了用于制备SiLED发光器件的Si材料的一些特性和Si发光器件的发光原理,分析了影响Si发光器件发光性能的主要因素。介绍了采用新加坡Charter公司的0.35μm标准CMOS工艺最新设计和制备的U型SiLED发光器件,设计和制备此U型器件主要目的是尽可能大的提高侧面发光效率。在对器件进行了电学和光学特性的测量后,得到了SiLED发光及实际版

2、图的显微图形以及器件的正反向I-V特性和发光光谱。器件在室温下反向偏置,50mA电流下所得辐射亮度值为14.43nW,发光峰值在772nm处。关键词:硅发光二极管;CMOS标准工艺;侧面发光;辐射亮度;发光峰值EmittingAnalysisofUTypeSiLEDBasedonStandardCMOSTechnologyYangGuanghua1,2,MaoLuhong2,WangWei1,HuangChunhong1,GuoWeilian21.Information&CommunicationInst.,TianjinPolytechnicUniversity,Tianjin300

3、161,China;2.Electronic&InformationSchool,TianjinUniversity,Tianjin300072,ChinaAbstract:ThecharacteristicsandemittingprincipleofSimaterialsanddevicesforfabricatingSiLEDweredescribed,thefactorswhichaffectSiLEDemittingwereanalyzed.AUtypeSiLEDwasdesignedandmanufacturedwithCharter0.35μmstandardCMOSte

4、chnologyinSingaporetoimprovetheefficiencyofSiLEDsideemitting.AftertheLEDwastested,themicrographsofSiLEDemittingandlayoutwereobtained,andtheI—VcharacteristicandspectraofSiLEDwerepresented.Atroomtemperature,theSiLEDisreversebiased.Itsradiantintensityis14.43nWat50mAandtheemittingpeakvalueislocateda

5、t772nm.Keywords:SiLED;standardCMOStechnology;sideemitting;radiantintensity;emittingpeakvalue0引言Si材料及其器件成本低,又有发展成熟的ULSI制备技术,因而Si基光电集成电路(OEIC)成为当今研究的热点。Si片上能进行光发射和光接收的OEIC,即Si上光互连可以使时钟信号以光速在芯片上传输,解决了时钟与数据线间的电磁干扰,并可提高传输速度解决时钟歪斜等问题。全Si光互连将会在大规模系统芯片中有用武之地。Si上光互连的研究主要有Si基光发射器件、光调制器以及驱动电路;Si基光电集成接收器件;S

6、i基光波导。由于Si材料为间接带隙,制备成发光器件较为困难,因而成为瓶颈。本文介绍了使用标准SiCMOS工艺所制备的Si基发光器件的发光机理和限制SiLED发光的一些问题,之后提出了最新设计和制备的准备应用于OEIC的U型SiLED器件,展示了器件的电学和光学特性,并对器件的测试结果进行了相应的分析。1Si发光器件的发光机理1.1制备发光器件的si材料局限性早在1955年人们就已发现SiPN结在反向雪崩击穿状态下可以发出可见光[4],但在制备各种激光器的半导体材料中,Si材料是不在考虑之中的。原因是晶体Si是一种间接带隙的半导体材料,其带间辐射复合效率较低,其能带如图1所示[5]。图1

7、Si能带图Fig1SienergydrawingSi中的辐射复合可能性很低,这意味着电子空穴对的辐射寿命长,量级为毫秒级。Si中的电子空穴对实际上等待辐射复合的发生,电子和空穴均在周围旋转,如果遇到陷阱中心或缺陷,就会发生非辐射复合,通常为纳秒级。材料的发光能力通常根据内量子效率ηinp来评定,在Si中电子级内量子效率是10-6。1.2Si发光器件的雪崩发光机理SiLED的雪崩击穿发光主要利用PN反向偏置时发生雪崩击穿。所考虑的几种可能发光机制

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