[发明专利]可控非对称掺杂势垒纳米硅基发光器件及其制备方法

权利要求书

1.一种可控非对称掺杂势垒纳米硅基发光器件，包括p型半导体衬底，其特征在于：在所述p型半导体衬底上淀积有硼掺杂的非晶碳/氮化硅薄膜作为空穴势垒层；在所述空穴势垒层上淀积有非晶硅薄膜退火后生成的纳米硅薄膜作为发光有源层；在所述发光有源层上淀积有磷掺杂的非晶二氧化硅薄膜作为电子势垒层；在所述电子势垒层上淀积留有光学窗口的导电薄膜作为发光器件阴极；所述p型半导体衬底的背面淀积有导电薄膜作为发光器件阳极。

2.根据权利要求1所述可控非对称掺杂势垒纳米硅基发光器件，其特征在于：所述导电薄膜为金属薄膜。

3.根据权利要求2所述可控非对称掺杂势垒纳米硅基发光器件，其特征在于：所述阴极由铝薄膜构成，所述阳极由金薄膜构成。

4.一种可控非对称掺杂势垒纳米硅基发光器件制备方法，包括以下步骤：

第一步骤、制备带有量子阱结构的多层薄膜

1-1、采用硅烷、甲烷/氨气和硼烷的混合气体作为反应气源，在p型半导体衬底上淀积得到硼掺杂氢化非晶碳/氮化硅薄膜；

1-2、采用硅烷作为反应气源，在所述硼掺杂的氢化非晶碳/氮化硅薄膜之上，使硅烷分解淀积生成氢化非晶硅薄膜；

1-3、采用硅烷和磷烷作为反应气源，在氢化非晶硅薄膜上淀积掺磷氢化非晶硅薄膜；

1-4、采用氧气作为气源，将掺磷氢化非晶硅薄膜等离子体原位氧化生成磷掺杂的氢化非晶二氧化硅薄膜；

第二步骤、后处理退火晶化

2-1、将上一步骤得到的带有量子阱结构多层薄膜的p型半导体衬底样品进行恒温脱氢退火预处理，使多层薄膜中所含有的大量氢平稳脱出薄膜；使硼掺杂的氢化非晶碳/氮化硅薄膜成为硼掺杂的非晶碳/氮化硅薄膜；使氢化非晶硅薄膜脱氢变成非晶硅薄膜；使磷掺杂的氢化非晶二氧化硅薄膜成为磷掺杂的非晶二氧化硅薄膜；

2-2、将恒温脱氢退火预处理后的样品进行快速热退火处理，使非晶硅薄膜成核、结晶；

2-3、将快速热退火处理后的样品恒温退火处理，使非晶硅薄膜中生成的结晶核继续长大，生成夹在硼掺杂的非晶碳/氮化硅薄膜和磷掺杂的非晶二氧化硅薄膜之间的纳米硅量子点，以作为发光有源层；

第三步骤、制备器件的电极

3-1、在作为电子势垒层的磷掺杂的非晶二氧化硅薄膜上淀积留有光学窗口的导电薄膜作为发光器件阴极；

3-2、在p型半导体衬底背面淀积导电薄膜作为发光器件的阳极。

5.根据权利要求4所述可控非对称掺杂势垒纳米硅基发光器件制备方法，其特征在于：所述硼掺杂氢化非晶碳/氮化硅薄膜厚度为0.2-10nm；所述氢化非晶硅薄膜厚度为0.1-5nm；所述掺磷氢化非晶硅薄膜厚度为0.1-5nm；所述磷掺杂的氢化非晶二氧化硅薄膜厚度为0.2-10nm。

6.一种可控非对称掺杂势垒纳米硅基发光器件，包括n型半导体衬底，在所述n型半导体衬底上淀积有磷掺杂的非晶二氧化硅薄膜作为电子势垒层；在所述电子势垒层上淀积有非晶硅薄膜退火后生成的纳米硅薄膜作为发光有源层；在所述发光有源层上淀积有硼掺杂的非晶碳/氮化硅薄膜作为空穴势垒层；在所述空穴势垒层上淀积留有光学窗口的导电薄膜作为发光器件阳极，所述n型半导体衬底的背面淀积有导电薄膜作为阴极。