[发明专利]一种掺铒或铒氧的硅基室温通讯波段发光材料的制备方法、该发光材料及硅基激光器

权利要求书

1.一种掺铒(Er)或铒氧(Er/O)的硅基室温通讯波段发光材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤a：对单晶硅片实施铒离子注入掺杂或铒离子和氧离子同时注入掺杂(co-doping)，获得掺杂铒或铒氧的硅片；所述单晶硅片为表面有锗外延层的硅片或硅在绝缘层之上的SOI硅片或其它硅基晶圆；以及

步骤b：对所述掺杂铒或铒氧的硅片进行深冷退火处理，所述深冷退火处理包括升温过程以及快速冷却过程。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤a中，铒离子注入能量范围为20keV～1MeV，剂量范围为4×10¹⁴～4×10¹⁶cm^-2；若同时注入氧离子，氧离子注入能量范围为3keV～300keV，剂量范围为10¹⁵～10¹⁷cm^-2。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤b进一步包括：

步骤b1：对所述掺杂铒或铒氧的硅片进行高温处理；和

步骤b2：高温处理后立即进行超快速冷却处理。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤b1中采用通电铜圈对所述掺杂铒或铒氧的硅片进行电磁加热，步骤b2中采用低温高纯氦气进行超快冷却处理。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤b1中采用激光脉冲开启相(ON phase)进行升温，步骤b2中采用所述激光脉冲关闭相(OFF phase)进行快速冷却处理。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：步骤b之前对所述掺杂铒或铒氧的硅片表面沉积介电材料薄膜保护层的步骤，以及步骤b之后去除所述保护层的步骤。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，步骤b1中最高温度达到1300℃，步骤b2中降温速率不小于-200℃·s^-1,即每秒降低200摄氏度以上。

8.一种掺铒或铒氧的硅基室温通讯波段发光材料，其由根据权利要求1～7中任一项所述的方法制备而成。

9.一种掺铒或铒氧的硅基激光器，其特征在于，包括PIN二极管、微盘谐振腔和硅基光波导，所述PIN二极管的I区为权利要求8所述的掺铒或铒氧的硅基室温通讯波段发光材料。

10.根据权利要求9所述的掺铒或铒氧的硅激光器，其特征在于，所述PIN二极管正向偏置形成电致发光器件，所述微盘谐振腔选择并增强通讯波段光波，所述电致发光器件的发光经所述谐振腔选择并增强，最终形成激光并由所述硅基光波导导出。