提高半导体硅发光效率的方法及产品及其制备方法

摘要

本发明公开了一种提高半导体硅发光效率的方法及产品及其制备方法，在半导体能带之间构建两组局域态子带，使两组局域态子带能级之间形成粒子数反转，使其构成四能级系统，从而提高半导体硅的发光效率。本发明提出与设计一种硅镱量子级联与PIN混合结构，它能够形成硅半导体能带中的局域态子带结构，构成四能级系统，其中的两组局域态子带能级之间可以形成粒子数反转，产生强发光乃至激射。根据该方法制备获得的硅镱量子级联和PIN混合发光管能在1400nm到1600nm光通信波段实现了LED发光，并且其制备方法简单，易于产业化，成本低廉，使用效果好。

主权项

一种硅镱量子级联和PIN混合发光管的制备方法，其特征在于：对单晶硅片进行P型掺杂或N型掺杂，使其形成电阻率2～20欧·厘米的掺杂硅片，将掺杂硅片进行酸洗之后，采用脉冲激光刻蚀与脉冲激光沉积的全光子方法对掺杂硅片进行加工，在单晶硅基层(1)上制备P型Si层(2)；在单晶硅基层(1)上的P型Si层(2)上制备硅镱量子级联薄膜；硅镱量子级联薄膜的制备具体方法是：a)采用脉冲激光沉积的方法在单晶硅基层(1)上的P型Si层(2)上制备一层镱膜(4)；b)采用脉冲激光刻蚀与脉冲激光沉积的全光子方法对单晶硅片进行加工，在镱膜(4)上制备一层硅层(5)；c)在硅层(5)上采用脉冲激光沉积的方法制备一层镱膜(4)，如此往复制备获得硅镱量子级联薄膜；在样品的上层进行N型掺杂，于硅镱量子级联薄膜的顶部制备获得N型Si层(3)；并进行高温退火；在顶部的N型Si层(3)上制备一层透明电极ITO薄膜(6)；在P型Si层(2)及N型Si层(3)上分别引出电极，将P型Si层(2)通过金属电极连接在电源(7)的正极上，将N型Si层(3)通过ITO透明电极连接在电源(7)的负极上；制备获得的产品包括单晶硅基层(1)，在单晶硅基层(1)上设有P型Si层(2)，在P型Si层(2)上设有硅镱量子级联薄膜，硅镱量子级联薄膜是由两层以上的镱膜(4)，并在镱膜(4)之间交替硅层(5)组成；在硅镱量子级联薄膜的最顶部设有N型Si层(3)，在顶部的N型Si层(3)上设有透明电极ITO薄膜(6)；P型Si层(2)通过金属电极引出后与电源(7)的正极连接，N型Si层(3)通过透明电极ITO薄膜(6)引出后与电源(7)的负极连接。