[实用新型]硅镱量子级联和PIN混合发光管

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种纳米光子材料与器件技术领域，尤其是一种硅镱量子级联和PIN混合发光管。 

背景技术

目前，我们正处于后信息时代，其特点是由电子信息阶段过渡到光子信息阶段，现在已经完成以光子为信息载体的转换过程，如已经实现全光的光纤通信和光通信。当今的发展进入芯片上的光电子集成与芯片级的全光化，这是实现光量子信息处理和光量子信息计算的关键，而作出硅芯片上的用于光互联的光源与传播节点是一项瓶颈性的工作。 

众所周知，建立在硅基上的微电子信息产业高度发达，但是受尺寸与功耗的限制，摩尔定律已经到了适用范围的极限。科学家们试图在硅基上建立起全新的光量子信息处理系统，取代现在的微电子信息系统，实现信息时代革命性的跨越。这里，我们要解决几个关键性的问题，一是在什么材料上建立光量子信息处理系统，有些材料特别是半导体材料的光学性质很好（例如砷化镓半导体材料），但是硅材料有很好的基础且属于环保材料，所以最终选择在硅基上建立光量子信息处理系统。二是需要改进硅材料的光学性质，我们知道单晶硅的间接带隙结构致使硅材料的发光效率很低，而改进硅材料的光学性质的途径主要是采用能带工程，制备硅的低维纳米结构获取准直接带隙结构，如纳米硅、多孔硅、锗硅应变层和纳米氧化硅等材料。 

令人振奋的是2000年L.Pavesi研究小组的工作实现了氧化硅中镶嵌纳米硅结构的光致发光的光学增益，这奠定了电泵浦和光泵浦全硅基相干光源的基础。但是，归纳起来，国内外近十年的研究工作仍存在问题：在上述材料的制备中存在诸多的不足，如多孔硅不易 保存、发光不稳定，纳米硅和锗硅应变层的制备成本高（传统的分子束外延（MBE）方法和化学气相沉积（CVD）方法）、不易产业化等。 

实用新型内容

本实用新型的目的是：提供一种硅镱量子级联和PIN混合发光管，它在1400nm到1600nm光通信波段实现了LED发光，以克服现有技术的不足。 

本实用新型是这样实现的：硅镱量子级联和PIN混合发光管，包括单晶硅基层，在单晶硅基层上设有P型Si层或N型Si层，在P型Si层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，并在镱膜之间交替硅层组成；在硅镱量子级联薄膜的最顶部设有N型Si层，在顶部的N型Si层上设有透明电极ITO薄膜；P型Si层通过金属电极引出后与电源的正极连接，N型Si层通过电极ITO膜层引出后与电源的负极连接。 

所述硅镱量子级联薄膜的厚度为10～100nm。 

金属电极处于P型Si层顶部的一侧。金属电极采用同侧引出的结构。 

用于加工硅镱量子级联薄膜的脉冲激光刻蚀的激光参数是，波长1064nm、脉宽60～100纳秒、重复率800～1200次/秒；用于加工硅镱量子级联薄膜的脉冲激光淀积的激光参数是，波长355nm、脉宽80～100纳秒、重复率1000～2000次/秒。 

本实用新型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。 

附图说明

图1为实施例的产品结构示意图； 

图2为实施例的产品发光谱图； 

图3为实施例的硅镱量子级联和PIN混合结构对应的能级图。 

具体实施方式

本实用新型的实施例：硅镱量子级联和PIN混合发光管的结构如图1所示，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，硅镱量子级联薄膜的厚度为50nm，硅镱量子级联薄膜是由两层镱层4，并在镱层4之间交替一层硅层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上设有透明电极薄膜6；P型Si层2通过金属电极8（采用金Au作为电极）引出后与电源7的正极连接，金属电极8处于P型Si层2顶部的一侧，N型Si层3通过透明薄膜ITO电极6引出后与电源7的负极连接。