[發明專利]硅基光發射器件及其制備方法

無效

• 申請號: 201110235377.1
• 申請日: 2011-08-17
• 公開（公告）號: CN102280545A
• 公開（公告）日: 2011-12-14
• 發明（設計）人: 李永壘;錢波;蔣春萍;王亦
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所
• 主分類號: H01L33/02
• 分類號: H01L33/02;H01L33/20;H01L33/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明特別涉及一種硅基光發射器件及其制備方法，屬于半導體光電子器件技術領域。

背景技術

硅材料中實現光增益乃至激光一直是微電子行業所密切關注并想努力實現的目標。從Intel公司研發的利用Raman?效應的硅激光器到布朗大學在SOI片上引入A中心缺陷觀察到的激射行為，許多科研機構都在致力于硅基光源及激光的研究。但由于硅材料本身的間接帶隙結構，其發光效率相對來說仍比較低。目前大多數的半導體發光器件由非硅基材料制成，這與現在成熟的硅工藝不相兼容。

公開號CN101667619A的發明專利提出了一種提高納米硅/二氧化硅發光器件發光強度的方法，其以聚苯乙烯小球為掩模,對硅襯底表面進行等離子體刻蝕;在納米硅襯底的硅錐結構表面淀積多層A-Si:H/SiO₂薄膜;再放入退火爐內,先后完成脫氫退火、快速熱退火和穩態高溫退火,得到預定周期的NC-Si/SiO₂薄膜。該發明專利意圖以陣列式的硅錐粗糙表面增強場發射效應,?但由于聚苯乙烯微球的抗刻蝕能力不強，且采用了等離子體刻蝕，故因而獲得的硅錐長度有很大限制，無法很好地約束光的橫向散射，進而使得載流子的注入效率和器件的光提取效率仍有待提高。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提出一種硅基光發射器及其制備方法，其通過利用光子晶體納米柱陣列和硅納米晶量子點結構來共同提高硅基器件發光強度，實現光發射效率的提升。

為實現上述發明目的，本發明采用了如下技術方案：

一種硅基光發射器件，包括硅襯底，其特征在于，所述硅襯底正面經刻蝕形成納米柱光子晶體陣列，所述納米柱光子晶體陣列上共形沉積含有硅納米晶量子點結構的薄膜層，所述薄膜層上覆蓋透明共形電極，所述硅襯底背面沉積有歐姆接觸電極。

優選的，所述硅襯底采用電阻率為0.004～0.005Ω·cm的B重摻雜P型硅片。

所述納米柱光子晶體陣列中的納米柱高度為0.8～3μm，直徑為100～500nm，且相鄰兩納米柱中心距離為300nm～1.5μm。

所述薄膜層為含有硅納米晶量子點結構的富硅氧化硅、氮化硅或碳化硅薄膜，厚度為50～300nm。

所述透明共形電極采用ITO或有機導電薄膜，厚度為200～500nm。

所述歐姆接觸電極厚度為200～1000nm，同時，所述歐姆接觸電極材料至少選用鋁、銅、銀、金和鉑中的任意一種或其中任意兩種及其以上的合金。

如上所述硅基光發射器件的制備方法，其特征在于，該方法為：?

Ⅰ、在經清洗后的硅襯底正面自組裝形成二維有序SiO₂納米微球單層膠體層；

Ⅱ、利用微球掩膜刻蝕技術，通過深反應離子刻蝕獲得硅納米柱光子晶體陣列；

Ⅲ、依次在硅納米柱光子晶體陣列上共形生長含有納米硅量子點結構的薄膜層和透明共形電極，并在硅襯底背面上沉積歐姆接觸電極，獲得目標產品。

進一步的，步驟Ⅰ中采用<100>，電阻率為0.004～0.005Ω·cm的B重摻雜的P型硅片作為襯底，并以提拉法在襯底正面自組裝形成二維有序SiO₂納米微球單層膠體層。

所述納米柱光子晶體陣列中的納米柱高度為0.8～3μm，直徑為100～500nm，且相鄰兩納米柱中心距離為300nm～1.5μm。

步驟Ⅱ中采用利用PECVD或LPCVD工藝及后續退火工藝在硅納米柱光子晶體陣列上共形生長含有納米硅量子點結構的薄膜層，所述薄膜層為富硅氧化硅、氮化硅或碳化硅薄膜，厚度為50～300nm。

所述透明共形電極采用ITO或有機導電薄膜，厚度為200～500nm。

所述歐姆接觸電極至少由鋁、銅、銀、金和鉑中的任意一種金屬或其中任意兩種及其以上的合金組成，其厚度200～1000nm。

本發明使用SiO₂納米微球做掩模，其抗刻蝕能力比現有聚苯乙烯微球有很大提高，使用的刻蝕工藝是深反應離子刻蝕工藝，特別是優化后的BOSCH工藝，這些工藝設計可獲得長度更長的硅納米柱陣列，從而能更好地約束光在橫向的散射，更大限度地提高垂直方向的光提取效率；且納米硅柱與共形薄膜之間有更大的接觸面積，這同時也大大地提高了載流子的注入效率。