[發明專利]一種硅基鉺摻雜鎵酸鋅薄膜電致發光器件及其制備方法

有效

• 申請號: 202010380923.X
• 申請日: 2020-05-08
• 公開（公告）號: CN111653652B
• 公開（公告）日: 2023-09-01
• 發明（設計）人: 馬向陽;陳金鑫;楊德仁
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H01L33/26
• 分類號: H01L33/26;H01L33/36;H01L33/00;C09K11/77
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 韓聰

本發明公開了一種硅基鉺摻雜ZnGasubgt;2/subgt;Osubgt;4/subgt;薄膜電致發光器件及其制備方法，屬于硅基光電子技術領域。所述電致發光器件，包括硅襯底，硅襯底正面依次設有發光層、透明電極層，硅襯底背面設有歐姆接觸電極，所述硅襯底表面具有氧化硅層，所述發光層為鉺摻雜的ZnGasubgt;2/subgt;Osubgt;4/subgt;薄膜。本發明在帶有～10nm?SiOsubgt;x/subgt;層的nsupgt;+/supgt;型硅片表面沉積鉺摻雜的ZnGasubgt;2/subgt;Osubgt;4/subgt;薄膜，進而制備的電致發光器件僅發出Ersupgt;3+/supgt;離子在可見光和近紅外光區的特征發光峰。本發明提出的摻鉺薄膜發光器件的電致發光強度較強，制備方式簡單便捷易操作，而且器件制備所用工藝與現行硅基CMOS工藝完全兼容。

技術領域

本發明涉及硅基光電子技術領域，具體涉及一種新型硅基鉺摻雜ZnGa₂O₄薄膜電致發光器件及其制備方法。

背景技術

眾所周知，CMOS工藝在摩爾定律的指導下，通過尺寸微縮一步步提高單位晶圓面積上晶體管的數量，但基于電互連技術的晶體管內部、各晶體管之間面臨的問題越來越多，如串擾、量子效應瓶頸等，這些問題已經成為微電子技術進一步發展的瓶頸。

上世紀九十年代，基于相互間串擾極低的光子的光互連技術應運而生。經過幾十年的發展，硅基光互連所需的產品如硅基光波導，硅基光探測器，硅基光調制解調器等都已成熟，唯獨缺少合適的硅基光源。稀土鉺離子(Er³⁺)其第一激發態(⁴I_13/2)到基態(⁴I_15/2)的輻射躍遷(～0.803eV，～1540nm)恰好落于硅波導--石英光纖的最小損耗窗口。

對于意欲結合CMOS工藝的大尺寸硅晶圓的片上集成，需實現Er³⁺的電致發光。近年來，對Er³⁺摻雜的寬禁帶半導體材料的電致發光如Er³⁺摻雜的ZnO，TiO₂，GaN的電致發光研究較為熱門。如楊揚等在p⁺-Si上沉積摻Er³⁺的ZnO薄膜，成功制備了ZnO:Er/p⁺-Si異質結器件(Yang?Yang，Yunpeng?Li，Luelue?Xiang，Xiangyang?Ma，and?Deren?Yang，AppliedPhysics?Letters102，181111(2013))，該器件在＜10V的正向驅動電壓下發出Er的特征發光峰。專利文獻CN?104735833A公開了一種基于Er摻雜TiO₂薄膜的電致發光器件，該器件具有SiO₂-TiO₂:Er雙層結構，電子在SiO₂薄膜的電場中加速形成熱載流子，可以在較低的正向偏壓下激發出Er³⁺的特征發光峰。

但是ZnO和TiO₂中Er³⁺離子的固溶度天然較低。GaN材料目前主要用于制備照明領域的紫外藍光LED，GaN中摻Er無任何優勢。

因此，不少研究者一直致力于探尋新型高效Er電致發光的基質材料。筆者系統探究了鎵酸鋅材料的基本性質，鎵酸鋅也是一種寬禁帶半導體材料，有望成為一種新型高效Er電致發光的基質材料。

發明內容

本發明的目的在于提供一種新型硅基鉺摻雜薄膜電致發光器件，推動實現Er的高效電致發光。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：