基于锗悬空微桥结构准双异质结发光性能分析

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随着微电子技术的飞速发展,集成电路中的晶体管密度不断增加。然而,随着晶体管尺寸的减小,由电互联引起的功耗增长限制了计算速度进一步的增加。为了解决集成电路的性能瓶颈,片上光互连引起了人们的关注。过去十年中,片上光互连系统中的很多重要组成部分已经被制作出来,例如高性能的光电探测器和调制器。然而,高效的硅基光源仍然是一个很大的挑战。由于硅为间接带隙材料,不适合用于制作光源。而最近的研究表明,通过引入张应变,锗的发光性能能够被改善。  本文首先简要介绍了能带计算的基本理论,包括微扰理论以及kp理论。接着构造了应变条件下体材料的哈密顿量,并使用8kp方法分别计算出了双轴应变和单轴应变条件下锗的能带结构,使用等能面分析了应变对有效质量的影响。  接下来分析了悬空微桥结构的应变分布。在微桥结构中,应变分布不均匀使得其天然构成准双异质结结构。利用漂移扩散模型模拟仿真了准双异质结的传输特性,得到了不同掺杂浓度下注入载流子密度与注入电流之间的关系。  最后,介绍了半导体的辐射复合与非辐射复合的相关理论。根据理论研究了应变、掺杂以及注入对自发辐射速率、内量子效率以及透明载流子浓度的影响。我们的计算结果显示,当单轴应变量为4%且掺杂浓度为5×1018cm-3,透明载流子密度为2×1018 cm-3,此时的内量子效率为9%,透明电流密度为25.8kA/cm。我们的结果显示基于微桥结构的准双异质结可以被用于实现高效电驱动的硅基光源。
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