標準CMOS工藝硅基發(fā)光器件的研究.pdf

1、作為極有可能取代傳統(tǒng)微電子集成電路的下一代產品，硅基光互連系統(tǒng)越來越受到重視。然而硅屬于間接帶隙半導體，由其構成的硅基發(fā)光器件效率低下，這就成了全硅光電集成回路(Optoelectrical Integarted Circuits, OEIC)發(fā)展遇到的最大問題。本文立足亞微米超大規(guī)模 CMOS集成電路技術，對硅基發(fā)光器件(Si-LED)做了深入的研究并制備出了發(fā)光效率較高的新型 Si-LED，主要工作內容及創(chuàng)新點如下：
　　1)

2、由于硅p-n結反向擊穿電壓較高，難以與標準CMOS工藝其它器件兼容，因此選擇低工作電壓的正向偏置型Si-LED為主要研究對象。而正向偏置二極管中載流子的產生與復合機制、電流密度和器件結構對其發(fā)光的影響仍有待研究。
　　2)采用UMC0.18μm1P6M標準CMOS工藝設計制備了新型楔形結構單晶Si-LED和Si-LED陣列，多晶硅PIN發(fā)光器件(PIN-LED)，以及由多晶硅PIN-LED發(fā)射、單晶Si-LED接收的簡易光互連結構

3、。
　　3)對上述制備的Si-LED進行了電學特性和光學特性的測試，對楔形Si-LED做了較為詳細的光譜分析，以便從中了解其發(fā)光的物理機制，并對其發(fā)光功率和光電轉換效率對電流變化的依賴做了詳細分析。測試結果表明，文中楔形八瓣結構Si-LED器件發(fā)射近紅外波段的光，主發(fā)光峰位于1130 nm附近；工作在2.1 V@200 mA時發(fā)光功率可達1200 nW，且未達到飽和；1.2 V@40 mA時光電轉換效率可達5.8×10-6，明顯優(yōu)