[發明專利]提高半導體硅發光效率的方法及產品及其制備方法

有效

• 申請號: 201310370585.1
• 申請日: 2013-08-23
• 公開（公告）號: CN103400909B
• 公開（公告）日: 2017-03-15
• 發明（設計）人: 黃偉其
• 申請（專利權）人: 貴州大學
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01S5/00
• 代理公司: 貴陽中新專利商標事務所52100
• 代理人: 李亮,程新敏

1.一種提高半導體硅發光效率的方法，其特征在于：在半導體能帶之間構建兩組局域態子帶，使兩組局域態子帶能級之間形成粒子數反轉，使其構成四能級系統，從而提高半導體硅的發光效率。

2.一種硅鐿量子級聯和PIN混合發光管，包括單晶硅基層（1），其特征在于：在單晶硅基層（1）上設有P型Si層（2）或N型Si層（3），在P型Si層（2）上設有硅鐿量子級聯薄膜，硅鐿量子級聯薄膜是由兩層以上的鐿膜（4），并在鐿膜（4）之間交替硅層（5）組成；在硅鐿量子級聯薄膜的最頂部設有N型Si層（3），在頂部的N型Si層（3）上設有透明電極ITO薄膜（6）；P型Si層（2）通過金屬電極引出后與電源（7）的正極連接，N型Si層（3）通過電極ITO膜層（6）引出后與電源（7）的負極連接。

3.根據權利要求2所述的硅鐿量子級聯和PIN混合發光管，其特征在于：所述硅鐿量子級聯薄膜的厚度為10～100nm。

4.一種如權利要求2所述的硅鐿量子級聯和PIN混合發光管的制備方法，其特征在于：對單晶硅片進行P型摻雜或N型摻雜，使其形成電阻率2～20歐·厘米的摻雜硅片，將摻雜硅片進行酸洗之后，采用脈沖激光刻蝕與脈沖激光淀積的全光子方法對摻雜硅片進行加工，在單晶硅基層（1）上制備P型Si層（2）；在單晶硅基層（1）上的P型Si層（2）上制備硅鐿量子級聯薄膜；硅鐿量子級聯薄膜的制備具體方法是：a）采用脈沖激光淀積的方法在單晶硅基層（1）上的P型Si層（2）上制備一層鐿膜（4）；b）采用脈沖激光刻蝕與脈沖激光淀積的全光子方法對單晶硅片進行加工，在鐿膜（4）上制備一層硅層（5）；c）在硅層（5）上采用脈沖激光淀積的方法制備一層鐿膜（4），如此往復制備獲得硅鐿量子級聯薄膜；在樣品的上層進行N型摻雜，于硅鐿量子級聯薄膜的頂部制備獲得N型Si層（3）；并進行高溫退火；在頂部的N型Si層（3）上制備一層電極ITO膜層（6）；在P型Si層（2）及N型Si層（3）上分別引出電極，將P型Si層（2）通過金屬電極連接在電源（7）的正極上，將N型Si層（3）通過ITO透明電極連接在電源（7）的負極上。

5.根據權利要求4所述的硅鐿量子級聯和PIN混合發光管的制備方法，其特征在于：采用脈沖激光刻蝕與脈沖激光淀積的全光子方法具體是,用1064nm、脈寬60～100納秒、重復率800～1200次/秒的脈沖激光束作為脈沖激光刻蝕的激光，調節其功率密度至產生白色等離子體輝光，在氮氣氛圍中用調節好的脈沖激光束作用樣品5～9秒；再用355nm、脈寬80～100納秒、重復率1000～2000次/秒的脈沖激光束作為脈沖激光淀積的激光，在氮氣氛圍中作脈沖激光淀積。

6.根據權利要求4所述的硅鐿量子級聯和PIN混合發光管的制備方法，其特征在于：所述的高溫退火是，將在硅鐿量子級聯薄膜的頂部制備好N型Si層（3）的產品放入高溫退火爐，在氮氣氛圍中，保持1000℃高溫退火300秒，自然冷卻至室溫后再次放入高溫退火爐，在氧氣氛圍條件下，保持1000℃高溫退火150秒。