[發明專利]含有多孔硅的電致發光器件

無效

• 申請號: 96193839.0
• 申請日: 1996-03-15
• 公開（公告）號: CN1185234A
• 公開（公告）日: 1998-06-17
• 發明（設計）人: L·T·康哈姆;T·I·考克斯;A·朗埃;A·J·西蒙斯;R·S·布萊克
• 申請（專利權）人: 英國國防部
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 鄒光新,陳景峻

本發明涉及一種電致發光器件，更具體地，涉及一種由多孔硅材料制備的電致發光器件。

發光器件可以通過各種過程發光。普通的鎢絲燈泡當燈泡中的元件達到一定溫度時就發出可見光。在高溫下從某一物質發射可見光叫作白熾光。熒光是和白熾光不同的一種現象，當電子從激發能態躍遷到可以是其基態的低能態而輻射地損失能量時，就會產生熒光。光致發光是由通過吸收光子被激發到高能級的電子發出的熒光。光致發光多孔硅描述于美國專利No.5,438,618。電致發光是由通過電場或電流被激發到高能級的電子發出的熒光。電致發光多孔硅的一個實例描述于英國專利No.GB2268333B。

發光二極管是電致發光器件的一種重要類型。發光二極管通常由Ga_1-xAl_xAs、Ga_1-xIn_xAs_ryP_y以及GaAs_1-yP_y系的半導體材料制備而成。發光二極管的效率的一種衡量方法是其外部量子效率，定義為二極管發射的光子數除以進入二極管的電子數。由這些材料制備的器件的外部量子效率可以大于10％。由GaAs化合物制備的電致發光器件有一個缺點是它們難以和硅基集成電路技術進行單片集成。半導體技術領域的技術人員多年來的一個重要的目標就是能夠生產能和硅基集成電路技術兼容的電致發光器件。

Applied?Physics?Letters，Volume?57，Number?10，1990，pp?1046-1048上L.T.Can?ham的一篇文章在世界上激起了多孔硅可能在電致發光器件中用作發光材料的廣泛興趣。這篇文章報道了多孔硅中的量子線在室溫下有效的可見光光致發光。硅量子線可以定義為寬度不大于10nm的硅的物理連續體，其長度不小于寬度的二倍，其邊界由適當的鈍化層包圍。多孔硅電致發光器件具有的優點是對傳統的硅集成電路制備工藝的潛在兼容性，以用于諸如光學顯示和光電集成電路等應用中。

如上所述，電致發光多孔硅描述于英國專利No.GB2268333B。對電致發光多孔硅在世界范圍的興趣已由大量已發表的、描述含有多孔硅的電致發光器件的科技文章所證明。不過，對這些器件所報道的發光效率卻是令人失望的低。在Journal?of?Vacuum?Science?and?Technology?A.Volume?11，Number?4，1993，pp1736-1738中，V.P.Kesan等報道了一種p-n結多孔硅電致發光器件，其效率在0.04％到0.1％之間。不過Kesan等的器件在電致發光可觀測到之前閾值電流密度為30000Am^-2。這樣高的閾值似乎和所述效率值不一致。而且，Kesan等的文章沒有指出所用的效率測量是外部量子效率參數還是一些其他效率，比如內部量子效率。如果所用的效率參數是內部量子效率，外部量子效率參數會低得多，大概會低10倍。

在Sensors?and?Actuators?A，Volume?A43，No.1-3，1994，pp153-156中，F.Kozlowski等報道了一種量子效率為0.01％多孔硅發光器件。不過這篇文章只提供了量子效率在10^-3～10^-4％之間的發光器件的電學特性細節。

在Semiconduetors，Volume27，No.11-12，1993，pp999-1001中，L.V.Belyakov等報道了對含有電解液的陰極偏壓電致發光多孔硅器件有高達0.3％的發光效率。他們報道在200Am^-2的電流密度下觀察到了電致發光。含有電解液的器件很難和傳統的硅基微電路集成在一起。

在Journal?of?Luminescence，Volume?57，1993，pp169-173中，W.Lang等描述了一種具有薄金頂部電極的電致發光器件。Lang等在電流密度大于1.1Am^-2時觀察到電致發光，測量到外部量子效率為0.01％。他們估計他們的器件具有大于0.1％的內部效率。外部效率值是對器件外部產生光子的效率的衡量值，它和內部效率值不同，后者是在器件內部產生光子的效率的衡量值。由于內部吸收和散射機制，內部效率值會高于外部效率值。