[发明专利]一种硅基光电材料及其制备方法

说明书

本发明适用于光电技术领域，提供了一种硅基光电材料，其特征在于，包括：单晶硅片；附着于所述单晶硅片上的Er掺杂CeO₂薄膜；以及附着于所述Er掺杂CeO₂薄膜表面的Ag颗粒层。本发明实施例提供的硅基光电材料，相对于没有沉积Ag颗粒的硅基Er掺杂CeO₂薄膜材料，激发峰左移，光致发光强度有明显提高，尤其是Er³⁺的～1540nm波长的发光峰强度显著增加，发光效率明显提高，发光性能得到了极大的改善，更加适用于产业应用。

技术领域

本发明属于光电技术领域，尤其涉及一种硅基光电材料及其制备方法。

背景技术

硅基光电子材料由于与现有集成电路工艺的兼容性及优异的性能近年来被广泛关注和研究，实现硅基光电互联的关键之一就是在硅基上实现有效的光发射。但是传统的微电子工业的基础材料硅作为一种间接带隙半导体材料，其发光效率很低，无法实现有效的光发射，为此，人们提出了在硅衬底上集成有效的发光层的思路。

因为Ce⁴⁺离子半径与三价稀土离子半径接近，有望固溶更多的稀主离子而成为发光中心，而且在近紫外区有强吸收，同时其声子截止频率低、光学透明性好、折射率高，这些都有利于它们作为一种发光基质材料而获得高效率的稀土离子发光。更重要的是，它们在介电常数、与硅的能带匹配及带边偏置、与硅的热力学稳定性和界面兼容等方面的优良性质，有利于实现与硅的光电集成。稀土Er离子具有特殊的电子层结构，其发光具有谱带窄、色纯度高、波长分布区域宽、温度淬灭小、基体及外界环境影响极小、物化性能稳定等优点，而且具有光通讯波段的1540nm的发光因而被广泛地研究作为未来的发光材料。目前，CeO₂已被证明在光致和电致发光中是Er³⁺离子合适的集体材料，所以在硅基上面集成Er掺杂CeO₂发光层是一种有前景的途径。目前，Er掺杂CeO₂的光致发光已经被报道。

然而，Er掺杂CeO₂的发光效率依然很低，其发光性能离产业应用还有一定距离，因此，提供一种发光效率高、适用于产业应用的硅基光电子材料成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种硅基光电材料，旨在提供一种发光效率高、更适用于产业应用的硅基光电子材料。

本发明实施例是这样实现的，一种硅基光电材料，包括：

单晶硅片；

附着于所述单晶硅片上的Er掺杂CeO₂薄膜；以及

附着于所述Er掺杂CeO₂薄膜表面的Ag颗粒层。

本发明实施例还提供一种硅基光电材料的制备方法，所述方法包括：

获取清洁的单晶硅片；

在所述单晶硅片表面制备Er掺杂CeO₂薄膜，获得硅基Er掺杂CeO₂薄膜；

在所述Er掺杂CeO₂薄膜表面制备Ag薄膜，获得硅基Er掺杂CeO₂薄膜Ag薄膜；

将所述硅基Er掺杂CeO₂薄膜Ag薄膜在Ar气保护下进行热处理，使所述Ag薄膜中的Ag形成Ag颗粒，即得硅基光电材料。

本发明实施例提供的硅基光电材料制备方法制备的硅基光电材料，相对于没有沉积Ag颗粒的硅基Er掺杂CeO₂薄膜材料，激发峰左移，光致发光强度有明显提高，尤其是Er³⁺的～1540nm波长的发光峰强度显著增加，发光效率明显提高，发光性能得到了极大的改善，更加适用于产业应用。

附图说明