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

2、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，HuangChunh

3、ong1，GuoWeilian21.Information&CommunicationInst.，TianjinPolytechnicUniversity,Tianjin300161,China；2.Electronic&InformationSchool,TianjinUniversity,Tianjin300072,ChinaAbstract：ThecharacteristicsandemittingprincipleofSimaterialsanddevicesforfabricatingSi

4、LEDweredescribed，thefactorswhichaffectSiLEDemittingwereanalyzed．AUtypeSiLEDwasdesignedandmanufacturedwithCharter0.35μmstandardCMOStechnologyinSingaporetoimprovetheefficiencyofSiLEDsideemitting.AftertheLEDwastested，themicrographsofSiLEDemittingandlayout

5、wereobtained，andtheI—VcharacteristicandspectraofSiLEDwerepresented.Atroomtemperature,theSiLEDisreversebiased.Itsradiantintensityis14.43nWat50mAandtheemittingpeakvalueislocatedat772nm.Keywords：SiLED；standardCMOStechnology；sideemitting；radiantintensity；e

6、mittingpeakvalue0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；Si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

7、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

8、带如图１所示［５］。图1Si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