[發(fā)明專利]一種納米銀圓環(huán)局域表面等離激元增強(qiáng)型發(fā)光二極管及其制備方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310025873.3
• 申請(qǐng)日: 2013-01-23
• 公開（公告）號(hào): CN103078031A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬忠元;徐嶺;倪小東;江小帆;楊華烽;史勇;任圣;張小偉;李偉;徐駿;陳坤基;馮端
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L33/22
• 分類號(hào): H01L33/22;H01L33/00
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責(zé)任公司 32102
• 代理人: 何朝旭

技術(shù)領(lǐng)域

發(fā)明涉及一種硅基發(fā)光二極管，尤其是一種應(yīng)用納米銀圓環(huán)局域表面等離激元增強(qiáng)發(fā)光效率的硅基可控波長發(fā)光二極管,?同時(shí)還涉及其制備方法，屬于納米光電子器件材料技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

????提高硅基光源的光發(fā)射效率是目前實(shí)現(xiàn)單片硅基光電集成的瓶頸。理論研究表明，通過納米金屬的局域表面等離激元來提高硅基發(fā)光器件的內(nèi)量子效率有可能成為解決這一問題的有效途徑。

????近年來,?納米金屬局域表面等離激元在增強(qiáng)硅基發(fā)光器件的發(fā)光效率方面取得了突破性的進(jìn)展,?2008年韓國Seone-Ju?Park?小組報(bào)道了利用納米銀顆粒的局域表面等離激元增強(qiáng)硅量子點(diǎn)發(fā)光二極管,?在這個(gè)結(jié)構(gòu)中，金屬顆粒層被置于發(fā)光層與襯底之間,?Si量子點(diǎn)和局域表面等離子激元間的耦合增強(qiáng)了輻射復(fù)合幾率[1],?該研究小組又將類似的結(jié)構(gòu)應(yīng)用到了InGaN/GaN?量子阱發(fā)光二極管中,?使發(fā)光二極管的輸出功率提高了32%[2]。

????據(jù)申請(qǐng)人了解，到目前為止，國際上研究小組主要采用納米金屬顆粒的局域表面等離激元來增強(qiáng)的硅基發(fā)光二級(jí)管的發(fā)光效率,?但應(yīng)用納米銀圓環(huán)的表面等離激元來增強(qiáng)硅基發(fā)光二極管至今未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于：提出一種在室溫下應(yīng)用納米銀圓環(huán)的局域表面等離激元增強(qiáng)發(fā)光效率的可控波長的硅基發(fā)光二極管,從而滿足科技發(fā)展對(duì)光電子器件的需求。同時(shí)給出其制備方法，該方法與當(dāng)前微電子工藝相兼容，從而可以切實(shí)應(yīng)用于未來的硅基納米光電子學(xué)器件。

為了達(dá)到以下目的，本發(fā)明的納米銀圓環(huán)局域表面等離激元增強(qiáng)型發(fā)光二極管包括P型硅基底，所述P型硅基底上分布納米銀圓環(huán)陣列（其中的納米銀圓環(huán)的尺寸和位置可以控制，可稱為有序可控的納米金屬圓環(huán)）；所述納米銀圓環(huán)陣列被P型硅基底上沉積摻氧的a-SiNx:O薄膜發(fā)光有源層覆蓋；所述a-SiNx:H薄膜發(fā)光有源層上淀積留出窗口的電極。

本發(fā)明的納米銀圓環(huán)局域表面等離激元增強(qiáng)型發(fā)光二極管制備基本過程包括以下步驟：

步驟一、構(gòu)筑納米銀圓環(huán)

第一步、在P型硅基底上鋪設(shè)PS（聚苯乙烯）納米球的單層膜小球；

第二步、（采用電子束蒸發(fā)等技術(shù)手段）在鋪設(shè)有PS納米球的P型硅襯底上沉積納米銀薄膜；?

第三步、控制P型硅襯底的溫度在50-80℃，控制納米銀的沉積速率為0.1-0.3納米/秒，使納米銀顆粒圍繞PS納米球的環(huán)型周邊連續(xù)分布；

第四步、將上述四周被納米銀包圍的PS納米球浸泡在二氯甲烷中，再經(jīng)過丙酮和酒精的依次清洗，去除PS納米球，獲得所需的納米銀圓環(huán)陣列；

步驟二、構(gòu)筑發(fā)光有源層——在納米銀圓環(huán)陣列的表面分解硅烷和氨氣的混合氣體，淀積a-SiNx：H?薄膜，再對(duì)a-SiNx：H薄膜進(jìn)行氧化，獲得摻氧a-SiNx:O薄膜形成的發(fā)光有源層；

步驟三、構(gòu)筑薄膜電極——在摻氧a-SiNx:H薄膜形成的發(fā)光有源層上淀積電極，并留出窗口。

?

本發(fā)明使發(fā)光有源層和納米金屬圓環(huán)的有機(jī)結(jié)合，可以切實(shí)實(shí)現(xiàn)硅基局域表面等離激元增強(qiáng)的可控波長的發(fā)光二極管的制備，具有如下顯著優(yōu)點(diǎn)：

1）通過選擇不同直徑尺寸的PS納米球可獲得尺寸可控的納米銀圓環(huán)，為局域表面等離激元的吸收波長的調(diào)控奠定了基礎(chǔ)；

2）發(fā)光有源層的可控發(fā)光波長為實(shí)現(xiàn)局域表面等離激元的共振吸收提供了保證;

3）低溫制備，工藝簡單，與半導(dǎo)體的硅工藝相兼容，便于推廣應(yīng)用；

4）原位氧化技術(shù)保證了樣品表面的清潔度。

附圖說明

????下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。

圖1(a)、圖1(b)、圖1(c)和圖1(d)分別是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的各工藝過程示意圖。

圖2是圖1實(shí)施例制成的樣品剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為圖1實(shí)施例納米銀圓環(huán)制成之后的AFM圖片。

具體實(shí)施方式

實(shí)施例一

本實(shí)施例的納米銀圓環(huán)局域表面等離激元增強(qiáng)型發(fā)光二極管采用圖1(a)、圖1(b)、圖1(c)和圖1(d)所示工藝過程制備。

步驟一、構(gòu)筑納米銀圓環(huán)