[發明專利]一種基于自離子注入SOI材料的近紅外室溫發光器件

無效

• 申請號: 201010271290.5
• 申請日: 2010-09-03
• 公開（公告）號: CN101982890A
• 公開（公告）日: 2011-03-02
• 發明（設計）人: 王茺;楊宇;韋冬;周原;李亮
• 申請（專利權）人: 云南大學
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/06
• 代理公司: 昆明今威專利代理有限公司 53115
• 代理人: 楊宏珍

技術領域：

本發明涉及一種近紅外室溫強發光器件，具體涉及向SOI材料的硅薄膜層自注入Si⁺形成室溫下高效發光器件，屬于光電子技術領域。

背景技術

半導體照明光源以其飽滿色光、無限混色、迅速切換、耐震、耐潮、冷溫、超長壽、少維修等突出優點，在城市景觀、商業大屏幕、交通信號燈、手機及PDA背光源等照明領域已得到廣泛的應用，這使得半導體光源成為全球最熱門、最矚目的光源。特別是隨著LED的發光效率正在不斷提高，半導體照明被認為是21世紀最有可能進入普通照明領域的一種新型固態冷光源和最具發展前景的高技術領域之一。

面對這場產業革命和巨大的市場空間，美國、日本、歐盟、韓國等國家和地區相繼推出了發展半導體照明產業的國家和地區計劃。世界級半導體公司紛紛搶占市場，一場技術、人才和市場的爭奪戰已經開始。我國是世界照明電器第一大生產國、第二大出口國，半導體照明產業有著一定的產業基礎。面對半導體照明的歷史機遇，2003年6月17日科技部聯合信息產業部、中國科學院、建設部、輕工業聯合會、教育部等部委以及北京、上海等十一個地方政府成立國家半導體照明工程協調領導小組，正式啟動國家半導體照明工程。

近幾年，國內在改善發光二極管研究方面取得了一系列的成果，如中國專利99100397.7公開了用多個重復排列的單元大發光區構成發光區，每個單元大發光區包括前級發光區和后級發光區以及位于前后兩級發光區之間隧道結，多級發光區通過各級間的隧道結為前級復合掉的電子和空穴提供再生通道，從而提高器件的量子效率和亮度；中國專利200410084792.1公開了用拋物線構成的實心碗狀結構作為LED的襯底，拋物線的焦點在上表面的中心；中國專利200510038245.4公開了利用倒裝焊的結構，獲得硅片散熱的LED裝置等等。

目前發光器件還需要解決提高外量子效率，室溫下穩定工作，提高器件使用壽命，降低成本等問題。因此，還需要做更多研究和探索。

經文獻檢索，未見與本發明相同的公開報道。

發明內容：

本發明的目的在于提供一種基于自離子注入SOI材料以獲得亮度強，穩定性好，能在室溫下工作的發光器件。

本發明的發光器件在1.50-1.60μm范圍的室溫強發光，器件基于缺陷環及缺陷環附近點缺陷的發光，發光器件結構從下往上分別是本征Si襯底→注氧的氧化Si隔離層→p⁺型Si下電極層→發光有源層→n⁺型Si上電極層，發光器件的外量子效率為0.05％～0.8％。

本發明的發光器件經如下步驟得到：

①采用離子注入機將Si⁺自注入用注氧隔離法制備好的SOI硅薄膜層，離子入射方向與硅薄膜表面法線成7°，整個過程在真空、室溫環境下進行，Si⁺注入劑量為10¹²cm^-2-10¹⁶cm^-2，注入能量為80keV-300keV；

②在N₂氣氛下對自注入后的SOI材料采取高溫爐退火處理，退火溫度700℃～1200℃，退火時間為0.5～12小時，保護氣氛為氮或氬氣；

③將處理后的SOI材料制成基于缺陷發光的發光器件。

所述的自離子注入硅薄膜層獲得發光器件的過程，預先用注氧隔離法(SIMOX)制備SOI。

選取晶向為(100)的P型單晶Si基片，單面拋光，并用現有技術對基底進行清洗處理。

本發明突出的優點在于：1、基于SOI的p-i-n結上制備的發光器件繼承了SOI結構所具有的各種優點，其中離子注入區域和發光有源層都在硅薄膜層；2、獲得的發光器件在室溫下能穩定發光，解決了近紅外LED器件和激光器低溫才能正常工作的問題；3、本發明提高了器件的外量子效率，從而增強了器件的發光強度；4、本發明成本低、工藝簡單，耗電量小，節能無污染。

具體實施方式：

下面通過實施例對本發明做進一步描述。

實施例1：

本發明是通過向SOI結構的硅薄膜層中自注入Si⁺，來獲得室溫下高效D₁線發光器件，具體步驟如下：

步驟1：選取晶向為(100)的P型單晶Si片，單面拋光，并用現有技術對基底進行清洗處理。

步驟2：用SIMOX方法制備厚度均勻的薄膜表面硅層和SiO₂埋層。

步驟3：Si⁺離子注入硅薄膜層