[發明專利]一種摻鉺或鉺氧的硅基室溫通訊波段發光材料的制備方法、該發光材料及硅基激光器

在審

• 申請號: 201711346430.9
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN109936048A
• 公開（公告）日: 2019-06-25
• 發明（設計）人: 但亞平;文惠敏;何佳晶
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H01S5/30
• 分類號: H01S5/30;H05B6/02
• 代理公司: 上海勝康律師事務所 31263
• 代理人: 李獻忠;張靜

1.一種摻鉺(Er)或鉺氧(Er/O)的硅基室溫通訊波段發光材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟a：對單晶硅片實施鉺離子注入摻雜或鉺離子和氧離子同時注入摻雜(co-doping)，獲得摻雜鉺或鉺氧的硅片；所述單晶硅片為表面有鍺外延層的硅片或硅在絕緣層之上的SOI硅片或其它硅基晶圓；以及

步驟b：對所述摻雜鉺或鉺氧的硅片進行深冷退火處理，所述深冷退火處理包括升溫過程以及快速冷卻過程。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟a中，鉺離子注入能量范圍為20keV～1MeV，劑量范圍為4×10¹⁴～4×10¹⁶cm^-2；若同時注入氧離子，氧離子注入能量范圍為3keV～300keV，劑量范圍為10¹⁵～10¹⁷cm^-2。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟b進一步包括：

步驟b1：對所述摻雜鉺或鉺氧的硅片進行高溫處理；和

步驟b2：高溫處理后立即進行超快速冷卻處理。

4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，步驟b1中采用通電銅圈對所述摻雜鉺或鉺氧的硅片進行電磁加熱，步驟b2中采用低溫高純氦氣進行超快冷卻處理。

5.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，步驟b1中采用激光脈沖開啟相(ON phase)進行升溫，步驟b2中采用所述激光脈沖關閉相(OFF phase)進行快速冷卻處理。

6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，還包括：步驟b之前對所述摻雜鉺或鉺氧的硅片表面沉積介電材料薄膜保護層的步驟，以及步驟b之后去除所述保護層的步驟。

7.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，步驟b1中最高溫度達到1300℃，步驟b2中降溫速率不小于-200℃·s^-1,即每秒降低200攝氏度以上。

8.一種摻鉺或鉺氧的硅基室溫通訊波段發光材料，其由根據權利要求1～7中任一項所述的方法制備而成。

9.一種摻鉺或鉺氧的硅基激光器，其特征在于，包括PIN二極管、微盤諧振腔和硅基光波導，所述PIN二極管的I區為權利要求8所述的摻鉺或鉺氧的硅基室溫通訊波段發光材料。

10.根據權利要求9所述的摻鉺或鉺氧的硅激光器，其特征在于，所述PIN二極管正向偏置形成電致發光器件，所述微盤諧振腔選擇并增強通訊波段光波，所述電致發光器件的發光經所述諧振腔選擇并增強，最終形成激光并由所述硅基光波導導出。