基于懸浮納米薄膜的應(yīng)變鍺LED研究.pdf

1、近年來，基于傳統(tǒng)硅工藝的發(fā)展出來的集成電路產(chǎn)業(yè)逐漸遇到了瓶頸，一直指引著集成電路發(fā)展方向的摩爾定律也面臨著不再有效的尷尬境地。硅光電集成技術(shù)被認(rèn)為是解決目前困境的理想方案，然而硅基材料由于其間接帶隙的材料特性，無法成功將其應(yīng)用于片上集成光源領(lǐng)域，阻礙了硅基光電集成技術(shù)的發(fā)展。鍺材料和應(yīng)變鍺材料的載流子遷移率均比硅材料的高，且其與傳統(tǒng)硅工藝兼容，同時，應(yīng)變鍺材料能夠在應(yīng)力作用下轉(zhuǎn)變?yōu)橹苯訋恫牧希@些優(yōu)點使得鍺材料具備在硅基單片光電集成光

2、源上應(yīng)用的潛力，將在未來IC產(chǎn)業(yè)中將發(fā)揮著舉足輕重的作用。
　　本文基于密度泛函-緊束縛近似方法，利用仿真軟件DFTB+得到了應(yīng)變鍺的能帶結(jié)構(gòu)，分析在不同應(yīng)力下，鍺材料的能帶結(jié)構(gòu)的變化趨勢，論證了鍺材料在應(yīng)力下作用下轉(zhuǎn)為為直接帶隙材料的變化趨勢，同時，本文還對應(yīng)變鍺材料的應(yīng)力引入機制進(jìn)行了研究，重點研究了高應(yīng)力氮化硅薄膜，分析其應(yīng)力形成機理并優(yōu)化工藝參數(shù)，完成866MPa/-1.38GPa的張應(yīng)變/壓應(yīng)變氮化硅薄膜的制備，為利用高

3、應(yīng)力氮化硅薄膜向鍺薄膜材料引入應(yīng)力奠定理論與實驗基礎(chǔ)。
　　基于高應(yīng)力氮化硅薄膜的研究，本文設(shè)計出一種基于懸浮納米薄膜的應(yīng)變鍺LED，并使用Silvaco仿真軟件對該器件進(jìn)行了仿真研究。仿真結(jié)果表明，應(yīng)變鍺LED具有良好的光電性能和明顯清晰的光譜響應(yīng)，同時其J-V特性、發(fā)光功率、光譜功率密度和光譜峰值波長等器件性能受應(yīng)變量、鍺膜本征層寬度和P/N區(qū)摻雜濃度等關(guān)鍵器件參數(shù)影響較大。其中，輕摻雜應(yīng)變鍺LED的設(shè)計無法滿足實際應(yīng)用的需求

4、，只有采用重?fù)诫s的設(shè)計才能使的器件足夠好的J-V輸出特性、足夠高的輸出功率和足夠大的光譜功率密度；較大的器件本征層寬度能使的器件具有更好的J-V輸出特性、更高的輸出功率和更大的光譜功率密度，但當(dāng)本征層寬度超過了某個值時，則會對器件的性能帶來負(fù)面影響，需全面考慮器件本征層寬度對器件性能帶來的影響；應(yīng)變量的增加能使的器件具有更好的J-V輸出特性、更高的輸出功率和更大的光譜功率密度，特別是當(dāng)鍺材料的應(yīng)變達(dá)到將近1.9％時，其材料屬性便從間接帶