目前與互補金屬氧化物半導(dǎo)體工藝兼容且具有高發(fā)光效率的硅基光源的制作技術(shù)尚不成熟,針對這一問題,研究了一種新型多晶硅發(fā)光器件。首先研究了該結(jié)構(gòu)在反偏電壓下可能存在的各種雪崩模式（帶間躍遷、軔致輻射、空穴在輕和重質(zhì)量帶之間的帶內(nèi)躍遷、高場條件下的電離和間接帶間重組）,對不同雪崩模式下的發(fā)光機理進行了理論分析;然后研究了器件內(nèi)部的空穴和電子在反偏電壓下的漂移及擴散情況,指出載流子注入增加了參與雪崩倍增過程的載流子數(shù)量,進而使碰撞電離率提高;最后對器件的電場、光譜、電流與光強等數(shù)據(jù)進行分析,對量子效率和光電轉(zhuǎn)換效率進行計算,驗證了所研究結(jié)構(gòu)通過載流子注入實現(xiàn)了碰撞電離率的提高,進而實現(xiàn)了發(fā)光效率的提高,其中量子效率為5.9×10^-5,光電轉(zhuǎn)換效率為4.3×10^-6。 

【文章來源】：中國激光. 2020,47(07)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

新型多晶硅器件截面圖

圖2所示為Si導(dǎo)帶和價帶中的電子及空穴的能帶圖,該圖說明電子和空穴在不同激發(fā)條件下可能發(fā)生的動量變化和后續(xù)的光子躍遷。當(dāng)然,光子的躍遷方式還存在很多爭議,圖2只是其中的一種假設(shè)[14]。圖2描述了電子和空穴在帶內(nèi)、帶間躍遷的4種方法,對應(yīng)的4種雪崩發(fā)射機制已在圖2中標(biāo)注給出:標(biāo)記a是帶間躍遷(波矢k=0)[15], b是軔致輻射[16] ,c是空穴在輕質(zhì)量帶和重質(zhì)量帶之間的帶內(nèi)躍遷[17] , d是高場條件下的電離和間接帶間重組[18-19]。硅是間接帶隙半導(dǎo)體,多晶硅發(fā)出的光,除了受到4種發(fā)光機理的影響,還會受到硅材料的吸收作用。外界能夠接收到的光子數(shù)量,等于器件內(nèi)部發(fā)射的光子數(shù)量減去硅材料吸收的光子數(shù)量,即有

圖6 光強與驅(qū)動電流的關(guān)系曲線從圖7中可見,當(dāng)驅(qū)動電壓達到PN結(jié)的反向偏壓時,PN結(jié)中將產(chǎn)生反向偏置電流,該反向偏置電流將作為驅(qū)動電流。當(dāng)驅(qū)動電壓在16～21 V范圍內(nèi)時,反偏PN結(jié)的耗盡區(qū)發(fā)生缺陷擊穿;當(dāng)驅(qū)動電壓大于27 V時,反偏PN結(jié)的耗盡區(qū)發(fā)生雪崩倍增。當(dāng)驅(qū)動電壓在21～27 V范圍內(nèi)時,驅(qū)動電流基本上與驅(qū)動電壓成線性關(guān)系。因為光強度與驅(qū)動電流成線性關(guān)系,所以缺陷擊穿區(qū)域之后的驅(qū)動電壓與光強度線性相關(guān)。當(dāng)驅(qū)動電壓和驅(qū)動電流增加時,器件的光強度隨著驅(qū)動電流的增加而增加,并且器件的電功率隨著驅(qū)動電流和驅(qū)動電壓的增加而增加。因此,不可能通過增加驅(qū)動電壓來提高發(fā)光效率,在電壓增加的情況下,電功率增加的幅度更大,裝置的發(fā)光效率得不到有效提高。


本文編號：3023163