專利名稱：摻雜層中按設(shè)定圖形嵌入金屬層的半導(dǎo)體電致發(fā)光器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在有源光電子器件、光電集成等領(lǐng)域應(yīng)用的摻雜層中按設(shè)定圖形嵌入 金屬的半導(dǎo)體電致發(fā)光器件，屬于集成光電子技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
表面等離子體波[Surface Plasmon Polariton(SPP)]是一種電磁場(chǎng)和金屬表面電子的 相互耦合振動(dòng)，在介質(zhì)中它的振幅隨著離開界面的距離指數(shù)衰減。SPP是一種表面波，可以 將光波橫向限制在亞波長(zhǎng)的尺度內(nèi)；并且在近諧振頻率附近其色散曲線平坦、光子態(tài)密度 大，與有源介質(zhì)相互作用時(shí)可以增強(qiáng)其自發(fā)輻射，這在有源光電子器件、光子集成等領(lǐng)域 將有廣泛的應(yīng)用前景。
雖然利用光致發(fā)光的方法，在氮化鎵、氧化鋅、納米晶硅等發(fā)光材料系中，均己觀察 到了近諧振頻率附近自發(fā)輻射顯著增強(qiáng)的現(xiàn)象，但是對(duì)應(yīng)的電致發(fā)光器件卻沒有進(jìn)展。已 有的電致發(fā)光器件，金屬實(shí)際上只是作為傳統(tǒng)電極材料，并而未有效的利用其表面等離子 體特性以實(shí)現(xiàn)對(duì)發(fā)光效率的顯著增強(qiáng)。這是因?yàn)樵趯?shí)際電致發(fā)光器件中，摻雜層作為電注 入結(jié)構(gòu)的一部分，是必不可少的。與此同時(shí)，表面等離子體波的振幅隨著離開界面的距離 指數(shù)衰減，實(shí)際上只有在貼近金屬表面的區(qū)域才能獲得較顯著的增強(qiáng)。這樣，由于金屬層 和有源區(qū)之間存在數(shù)百nm厚的摻雜層，表面等離子波對(duì)有源區(qū)發(fā)光的增強(qiáng)效果相當(dāng)?shù)奈⑷酰?內(nèi)量子效率幾乎無法得到提升。
基于氮化鎵、氧化鋅發(fā)光材料的電致發(fā)光器件在固態(tài)照明、半導(dǎo)體紫外光源等領(lǐng)域有 著重要應(yīng)用；基于納米晶硅的硅基電致發(fā)光器件，則可能成為實(shí)現(xiàn)芯片間、芯片內(nèi)光互聯(lián) 的核心部件。因此，如何有效的提高這些器件的電致發(fā)光效率，有著很強(qiáng)的實(shí)際意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是提供了一種可以在半導(dǎo)體電致發(fā)光器件中有效的發(fā)揮表面等離子增強(qiáng)效果的
器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)思路摻雜層中嵌入設(shè)定圖形的金屬層。本發(fā)明的特征在于
1、 該器件含有下?lián)诫s層(011)，位于下?lián)诫s層(011)上的有源區(qū)(012)，以及位
于有源區(qū)(012)上的上摻雜層(013)，其特征在于，在上摻雜層(013)內(nèi)部嵌有設(shè)定圖 形的絕緣介質(zhì)(015)，在絕緣介質(zhì)(015)的內(nèi)部包裹著金屬層(014),其中金屬為金、銀、 鋁、銅、鈦、鎳、鉻的一種、或是各自的合金、或是不同金屬的復(fù)合多層構(gòu)造，金屬微觀 形態(tài)為顆粒、薄層、或顆粒與薄層的組合，厚度限定為l-50nm，金屬層(014)到有源區(qū)(012) 的距離限定為0-50nm。
2、 該器件含有金屬薄層(021)，位于金屬薄層(021)上的有源區(qū)(012)，以及位 于有源區(qū)(012)上的上摻雜層(013)，其特征在于，在上摻雜層(013)內(nèi)部嵌有設(shè)定圖 形的絕緣介質(zhì)(015)，在絕緣介質(zhì)(015)的內(nèi)部包裹著金屬層(014)，其中金屬為金、銀、 鋁、銅、鈦、鎳、鉻的一種、或是各自的合金、或是不同金屬的復(fù)合多層構(gòu)造，金屬微觀 形態(tài)為顆粒、薄層、或顆粒與薄層的組合，厚度限定為l-50nm，金屬層(014)到有源區(qū)(012) 的距離限定為0-50皿。
3、 該器件含有下?lián)诫s層(011)，位于下?lián)诫s層(011)上的有源區(qū)(012)，以及位 于有源區(qū)(012)上的上摻雜層(013)，其特征在于，在下?lián)诫s層(011)、上摻雜層(013) 各自的內(nèi)部嵌有設(shè)定圖形的絕緣介質(zhì)(015)，在絕緣介質(zhì)(015)的內(nèi)部包裹著金屬層(014)， 其中金屬為金、銀、鋁、銅、鈦、鎳、鉻的一種、或是各自的合金、或是不同金屬的復(fù)合 多層構(gòu)造，金屬微觀形態(tài)為顆粒、薄層、或顆粒與薄層的組合，厚度限定為1-50nm，金屬 層(014)到有源區(qū)(012)的距離限定為0-50nm。
4、 所述的設(shè)定圖形為含有通孔的平板，孔的直徑大小限定為50nm-l口m，平板的厚度 限定為3-200nm。
5、 所述的設(shè)定圖形為盤狀，盤的直徑大小限定直徑為10nm-l口m，盤的厚度限定為 3-200皿。
6、 所述的設(shè)定圖形為條狀，條寬度的大小限定為10nni-l口m，條的厚度限定為3-200nm。
7、 所述的絕緣介質(zhì)為，Si02、 Si3N4、 SiON、 A1203、 Y203、 Ti02、 TaA或Hf02的一種，在 絕緣的同時(shí)起到防止金屬擴(kuò)散的作用。
8、 所述的有源區(qū)為納米晶硅，摻雜層為Si、 SiC、 Zn0或Sn02。所述的有源區(qū)為InGaN， 摻雜層為GaN。所述的有源區(qū)為Zn0，摻雜層為Zn0。
由于本發(fā)明在摻雜層中嵌入了設(shè)定圖形的金屬層，在保證載流子通過摻雜層注入有源 區(qū)的同時(shí)，有效的利用了金屬表面等離子體對(duì)發(fā)光效率的增強(qiáng)效應(yīng)。通過內(nèi)量子效率大幅 度的提高，改善了器件的電致發(fā)光效率。另外對(duì)比單層結(jié)構(gòu)，雙層表面等離子波導(dǎo)能獲得 更大的光子態(tài)密度(圖13)，并且有更集中于有源區(qū)的光場(chǎng)分布(圖14)，從而能獲得更大 的Purcell增強(qiáng)效果(圖14)，進(jìn)一步改善器件性能。簡(jiǎn)單的雙層金屬薄層的設(shè)計(jì)，由于慘 雜層分隔了表面等離子波導(dǎo)和有源區(qū)，其內(nèi)量子效率增強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)在電注入器件結(jié)構(gòu)上亦無 法有效發(fā)揮；而現(xiàn)在采用"嵌入金屬層+金屬薄層"(圖2)，或"上嵌入金屬層+下嵌入金 屬層"的構(gòu)造(圖3)，使得高效提升內(nèi)量子效率的雙層電注入結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)成為了可能。


圖1單層嵌入金屬層的半導(dǎo)體電致發(fā)光器件的橫截面
011.下?lián)诫s層介質(zhì)，012.有源區(qū)，013.上摻雜層介質(zhì)，
014.嵌入摻雜層中的金屬層，015.包裹在金屬圖形外的絕緣介質(zhì)。 圖2 "金屬薄層+嵌入金屬層"的半導(dǎo)體電致發(fā)光器件的橫截面-
021.金屬薄層。 圖3雙層嵌入金屬層的半導(dǎo)體電致發(fā)光器件的橫截面。 圖4單層含有通孔的嵌入金屬層的半導(dǎo)體電致發(fā)光器件
11.下?lián)诫s層介質(zhì)p-SiC， 12.有源區(qū)納米晶硅，13.上摻雜層介質(zhì)Sn02，
14.含有通孔的Au顆粒層，15.包裹在含有通孔的Au顆粒層外的Si3N4，
16.下電極，17.上電極。 圖5單層盤狀嵌入金屬層的半導(dǎo)體電致發(fā)光器件
24.盤狀A(yù)u顆粒層，25.包裹在盤狀A(yù)u顆粒層外的Si美。 圖6單層一維光柵狀嵌入金屬層的半導(dǎo)體電致發(fā)光器件
34. —維光柵狀A(yù)u顆粒層，35.包裹在一維光柵狀A(yù)u顆粒層外的Si3N4。 圖7 "金屬薄層+含有通孔的嵌入金屬層"的半導(dǎo)體電致發(fā)光器件
21. Au薄層，26. Si02底板。 圖8 "金屬薄層+盤狀嵌入金屬層"的半導(dǎo)體電致發(fā)光器件。 圖9 "金屬薄層+—維光柵狀嵌入金屬層"的電致發(fā)光器件。 圖io雙層含有通孔的嵌入金屬層的半導(dǎo)體電致發(fā)光器件。
圖11雙層盤狀嵌入金屬層的半導(dǎo)體電致發(fā)光器件。
圖12雙層一維光柵狀嵌入金屬層的半導(dǎo)體電致發(fā)光器件。
圖13單層和雙層等離子體波導(dǎo)光子態(tài)密度的比較
131.單層等離子體波導(dǎo)光子態(tài)密度，132.雙層等離子體波導(dǎo)光子態(tài)密度。 圖14單層和雙層等離子體波導(dǎo)光場(chǎng)分布及Purcell系數(shù)
141.單層等離子體波導(dǎo)的光場(chǎng)分布，142.單層等離子體波導(dǎo)的Purcell系數(shù) 143.雙層等離子體波導(dǎo)的光場(chǎng)分布，144.雙層等離子體波導(dǎo)的Purcell系數(shù)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的關(guān)鍵器件結(jié)構(gòu)為摻雜層中嵌入的設(shè)定圖形的金屬層，其中金屬外部包裹有絕
緣介質(zhì)。該結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法之一為首先甩上電子束膠或者光刻膠，通過電子束曝光或者 紫外曝光、顯影、定影，得到膠的圖形；然后依次沉積上所需厚度的絕緣介質(zhì)、金屬、絕 緣介質(zhì)；去膠洗凈后，得到與原膠圖形互補(bǔ)的"絕緣介質(zhì)-金屬-絕緣介質(zhì)"層圖形；將樣 品置于退火爐中快速退火，使得金屬轉(zhuǎn)化位金屬顆粒，多數(shù)的金屬顆粒被絕緣介質(zhì)完全包 裹，但在圖形的邊緣尚存在未被完全包裹的金屬顆粒；利用對(duì)摻雜層介質(zhì)、絕緣介質(zhì)腐蝕 性很弱，卻能有效腐蝕金屬的金屬腐蝕液，去除圖形邊緣未被完全包裹的金屬顆粒；用去 離子水清洗樣品去除金屬腐蝕液后，再沉積摻雜層介質(zhì)，設(shè)定圖形之間的空隙亦被所沉積 的摻雜層介質(zhì)填補(bǔ)，即實(shí)現(xiàn)了在摻雜層中嵌入所需圖形的金屬層。另外圖形的定義亦可以 不采用膠圖形，而采用AAO(陽極氧化鋁)模版或者自組織納米小球模版等微圖形模版技術(shù)。 根據(jù)不同圖形定義技術(shù)以及器件設(shè)計(jì)目標(biāo)，所得到的圖形的分布即可以是周期的，也允許 是非周期的。金屬腐蝕液的類型視摻雜層介質(zhì)、絕緣介質(zhì)、金屬三者的具體情況合理選擇， 如慘雜層為Sn02、絕緣介質(zhì)為Si3N4、金屬為Au時(shí)，可用KI/I2/H20的Au腐蝕液。
InGaN有源區(qū)和GaN摻雜層可以利用M0CVD (金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積)系統(tǒng)生長(zhǎng)得到。 ZnO可以通過磁控濺射得到，其摻雜可以使用Al(x)Zn(l-x)靶，通過改變?yōu)R射氣氛實(shí)現(xiàn)n 型或P型的變化，也可以通過離子注入的方法實(shí)現(xiàn)摻雜類型的改變。納米晶硅可以通過PECVD (等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積)設(shè)備得到，其摻雜層Si或者SiC已可以通過PECVD設(shè)備制備， 并實(shí)現(xiàn)原位的n型或p型摻雜；Zn0、 Sn02可以通過通過磁控濺射得到，由于氧空位缺失，
為n型半導(dǎo)體。 實(shí)施例1
單層含有通孔的嵌入金屬層的半導(dǎo)體電致發(fā)光器件基本結(jié)構(gòu)如圖4所示。
在摻雜濃度為3X10、n^的p型SiC (11)上，生長(zhǎng)50咖的Si隊(duì)納米晶硅(12)作為 有源區(qū)，然后磁控濺射沉積10nm的Sn02 (13)。甩上厚度為300nm的電子束膠，進(jìn)行電子 束曝光，顯影，定影，剩余的膠圖形為直徑約為450nm的盤，按正方格子做周期性分布， 周期為630nm。用磁控濺射依次沉積15咖的Si美(15)、 5nm的Au (14)、 15nm的Si3N4 (15)。 去膠洗凈后，在700攝氏度退火10分鐘。在KI/l2/H20 (lg/lg/200mL)的Au腐蝕液中浸 泡lmin，洗凈后，再磁控濺射沉積300ran的Sn02a3)。最后制作上電極(17)和下電極(16)。
本實(shí)施例中半導(dǎo)體材料體系亦可以換作GaN基或者ZnO基，金屬可以換作Ag、 Al等。 但如果更換材料，需要對(duì)膠圖形的大小及分布、摻雜層介質(zhì)和金屬腐蝕液的類型做調(diào)整。
實(shí)施例2
單層盤狀嵌入金屬層的半導(dǎo)體電致發(fā)光器件基本結(jié)構(gòu)如圖5所示。 在摻雜濃度為3X1016cm—3的p型SiC (11)上，生長(zhǎng)50nm的SiNx納米晶硅(12)作為 有源區(qū)，然后磁控濺射沉積10nm的Sn02 (13)。甩上厚度為300nm的電子束膠，進(jìn)行電子 束曝光，顯影，定影，剩余的膠圖形含有為直徑約為150nm的孔，按正方格子做周期性分 布，周期為420nm。用磁控濺射依次沉積15nm的Si3N4 (25)、 5nm的Au (24)、 15nm的Si3N4 (25)。去膠洗凈后，在700攝氏度退火10分鐘。在K工/l2/H20 (lg/lg/200mL)的Au腐蝕 液中浸泡lmin，洗凈后，再磁控濺射沉積300nm的Sn02 (13)。最后制作上電極(17)和下 電極(16)。
本實(shí)施例中半導(dǎo)體材料體系亦可以換作GaN基或者ZnO基，金屬可以換作Ag、 Al等。 但如果更換材料，需要對(duì)膠圖形的大小、分布和金屬腐蝕液的類型做調(diào)整。 實(shí)施例3
單層一維光柵狀嵌入金屬層的半導(dǎo)體電致發(fā)光器件基本結(jié)構(gòu)如圖6所示。 在摻雜濃度為3X1016cra—3cm—3的p型SiC (11)上，生長(zhǎng)50nm的SiN,納米晶硅(12)作 為有源區(qū)，然后磁控濺射沉積10nm的Sn02 (13)。甩上厚度為300nra的電子束膠，進(jìn)行電 子束曝光，顯影，定影，剩余的膠圖形為占空比為50%的一維周期性光柵，周期為420nm。 用磁控濺射依次沉積15nm的Si3N4 (35)、 5nm的Au (34)、 15nm的Si3N4 (35)。去膠洗凈后，
在700攝氏度退火10分鐘。在KI/I2/H20 (lg/lg/200mL)的Au腐蝕液中浸泡lmin，洗凈 后，再磁控濺射沉積300nm的Sn02 (13)。最后制作上電極(17)和下電極(16)。
本實(shí)施例中半導(dǎo)體材料體系亦可以換作GaN基或者ZnO基，金屬可以換作Ag、 Al等。 但如果更換材料，需要對(duì)膠圖形的大小、分布和金屬腐蝕液的類型做調(diào)整。
實(shí)施例4
"金屬薄層+含有通孔的嵌入金屬層"的半導(dǎo)體電致發(fā)光器件基本結(jié)構(gòu)如圖7所示。 在Si02底板上磁控濺射沉積20皿的Au (21)后，生長(zhǎng)50nm的SiN,納米晶硅(12)作 為有源區(qū)，然后磁控濺射沉積10nm的Sn02 (13)。甩上厚度為300nm的電子束膠，進(jìn)行電 子束曝光，顯影，定影，剩余的膠圖形為直徑約為450nm的盤，按正方格子做周期性分布， 周期為630nm。用磁控濺射依次沉積15咖的Si3N4 (15)、 5nm的Au(14)、 15nm的Si3N4 (15)。 去膠洗凈后，在700攝氏度退火IO分鐘。在KI/l2/H20 (lg/lg/200mL)的Au腐蝕液中浸 泡lmin，洗凈后，再磁控濺射沉積300nm的Sn02 (13)。最后制作上電極(17)。
本實(shí)施例中半導(dǎo)體材料體系亦可以換作GaN基或者ZnO基，金屬可以換作Ag、 Al等。 但如果更換材料，需要對(duì)膠圖形的大小、分布和金屬腐蝕液的類型做調(diào)整。 實(shí)施例5
"金屬薄層+盤狀嵌入金屬層"的半導(dǎo)體電致發(fā)光器件的基本結(jié)構(gòu)如圖8所示。 在Si02底板上磁控濺射沉積20nm的Au (21)后，生長(zhǎng)50nm的SiNj內(nèi)米晶硅(12)作 為有源區(qū)，然后磁控濺射沉積10nm的Sn02 (13)。甩上厚度為300nm的電子束膠，進(jìn)行電 子束曝光，顯影，定影，剩余的膠圖形含有為直徑約為150nm的孔，按正方格子做周期性 分布，周期為420咖。用磁控濺射依次沉積15nm的Si3N4 (25)、 5nm的Au (24)、 15nm的 Si美(25)。去膠洗凈后，在700攝氏度退火10分鐘。在 0 (lg/lg/200mL)的Au 腐蝕液中浸泡lmin，洗凈后，再磁控濺射沉積300nm的Sn02 (13)。最后制作上電極(17)。 本實(shí)施例中半導(dǎo)體材料體系亦可以換作GaN基或者ZnO基，金屬可以換作Ag、 Al等。 但如果更換材料，需要對(duì)膠圖形的大小、分布和金屬腐蝕液的類型做調(diào)整。 實(shí)施例6 '
"金屬薄層+—維光柵狀嵌入金屬層"的半導(dǎo)體電致發(fā)光器件的基本結(jié)構(gòu)如圖9所示。 在SiO2底板上磁控濺射沉積20nm的Au (21)后，生長(zhǎng)50nm的SiN,納米晶硅(12)作 為有源區(qū)，然后磁控濺射沉積10nm的Sn02 (13)。甩上厚度為300nm的電子束膠，進(jìn)行電
子束曝光，顯影，定影，剩余的膠圖形為占空比為50%的一維周期性光柵，周期為420nra。 用磁控濺射依次沉積15nm的Si3N4 (35)、 5nm的Au (34)、 15nm的Si3N4 (35)。去膠洗凈后， 在700攝氏度退火IO分鐘。在KI/l2/H20 (lg/lg/200mL)的Au腐蝕液中浸泡lmin，洗凈 后，再磁控濺射沉積300nm的Sn02 (13)。最后制作上電極(17)。
本實(shí)施例中半導(dǎo)體材料體系亦可以換作GaN基或者ZnO基，金屬可以換作Ag、 Al等。 但如果更換材料，需要對(duì)膠圖形的大小、分布和金屬腐蝕液的類型做調(diào)整。
實(shí)施例7
雙層含有通孔的嵌入金屬層的半導(dǎo)體電致發(fā)光器件基本結(jié)構(gòu)如圖10所示。
在摻雜濃度為3X10'6cm—'的p型SiC (11)上，甩上300nm的電子束膠，進(jìn)行電子束曝 光，顯影，定影，剩余的膠圖形為直徑約為450nm的盤，按正方格子做周期性分布，周期 630nm。用磁控濺射依次沉積15nm的Si美(15)、 5nm的Au (14)、 15醒的Si3N4 (15)。 去膠洗凈后，在700攝氏度退火IO分鐘。在KI/l2/H20 (lg/lg/200mL)的Au腐蝕液中浸 泡lmin，洗凈后，再生長(zhǎng)60nm的p型SiC (11)。在生長(zhǎng)50nm的SiNj內(nèi)米晶硅(12)作為 有源區(qū)后，磁控濺射沉積lOnm的Sn02 (13)。甩上300nra的電子束膠，進(jìn)行電子束曝光， 顯影，定影，剩余的膠圖形為直徑約為450nm的盤，按正方格子做周期性分布，周期為630nm。 用磁控濺射依次沉積15nm的Si3N4 (15)、 5nm的Au (14)、 15nm的Si3N4 (15)。去膠洗凈后， 在700攝氏度退火10分鐘。在KI/l2/H20 (lg/lg/200mL)的Au腐蝕液中浸泡lmin，洗凈 后，再磁控濺射沉積300nm的Sn02 (13)。最后制作上電極(17)和下電極(16)。
本實(shí)施例中半導(dǎo)體材料體系亦可以換作GaN基或者ZnO基，金屬可以換作Ag、 Al等。 但如果更換材料，需要對(duì)膠圖形的大小、分布和金屬腐蝕液的類型做調(diào)整。
實(shí)施例8
雙層盤狀嵌入金屬層的半導(dǎo)體電致發(fā)光器件基本結(jié)構(gòu)如圖11所示。 在摻雜濃度為3X1016cm—s的p型SiC (11)上，甩上300nm的電子束膠，進(jìn)行電子束曝 光，顯影，定影，剩余的膠圖形含有為直徑約為150nm的孔，按正方格子做周期性分布， 周期為420nm。用磁控濺射依次沉積15nm的Si3N4 (25)、 5nm的Au (24)、 15nm的Si3N4 (25)。 去膠后，去膠洗凈后，在700攝氏度退火IO分鐘。在KI/l2/H20 (lg/lg/200raL)的Au腐 蝕液中浸泡lmin，洗凈后，再生長(zhǎng)60nm的p型SiC(ll)。在生長(zhǎng)50nm的Si隊(duì)納米晶硅(12) 作為有源區(qū)后，磁控濺射沉積10nm的Sn02 (13)。甩上300nm的電子束膠，進(jìn)行電子束曝 光，顯影，定影，剩余的膠圖形含有為直徑約為150rai的孔，按正方格子做周期性分布， 周期為420nm。用磁控濺射依次沉積15nm的Si凡(25)、 5nm的Au (24)、 15nm的Si3N4 (25)。 去膠洗凈后，在700攝氏度退火IO分鐘。在KI/l2/H20 (lg/lg/200mL)的Au腐蝕液中浸 泡lmin，洗凈后，再磁控濺射沉積300nm的Sn(U13)。最后制作上電極(17)和下電極(16)。
本實(shí)施例中半導(dǎo)體材料體系亦可以換作GaN基或者ZnO基，金屬可以換作Ag、 Al等。 但如果更換材料，需要對(duì)膠圖形的大小、分布和金屬腐蝕液的類型做調(diào)整。
實(shí)施例9
雙層一維光柵狀嵌入金屬層的半導(dǎo)體電致發(fā)光器件基本結(jié)構(gòu)如圖12所示。 在摻雜濃度為3X10Wc^!cn^的p型SiC (11)上，甩上300nm的電子束膠，進(jìn)行電子 束曝光，顯影，定影，剩余的膠圖形為占空比為50%的一維周期性光柵，周期為420nra。用 磁控濺射依次沉積15nm的Si3N4 (35)、 5nm的Au (34)、 15nm的Si3N4 (35)。去膠洗凈后， 在700攝氏度退火10分鐘。在KI/I2/H20 (lg/lg/200mL)的Au腐蝕液中浸泡lmin，洗凈 后，再生長(zhǎng)60nm的p型SiC (11)。在生長(zhǎng)50nm的SiNx納米晶硅(12)作為有源區(qū)后，磁 控濺射沉積10nm的Sn02 (13)。甩上300nm的電子束膠，進(jìn)行電子束曝光，顯影，定影， 剩余的膠圖形為占空比為50%的一維周期性光柵，周期為420mn。用磁控濺射依次沉積15nm 的S:UN4 (35)、 5nm的Au (34)、 15nm的Si3N4 (35)。去膠洗凈后，在700攝氏度退火10分 鐘。在KI/I2/H20 (lg/lg/200mL)的An腐蝕液中浸泡lmin，洗凈后，再磁控濺射沉積300nni 的SrA (13)。最后制作上電極(17)和下電極(16)。
本實(shí)施例中半導(dǎo)體材料體系亦可以換作GaN基或者ZnO基，金屬可以換作Ag、 Al等。 但如果更換材料，需要對(duì)膠圖形的大小、分布和金屬腐蝕液的類型做調(diào)整。
權(quán)利要求
1、一種摻雜層中按設(shè)定圖形嵌入金屬層的半導(dǎo)體電致發(fā)光器件，含有下?lián)诫s層(011)，位于下?lián)诫s層(011)上的有源區(qū)(012)，以及位于有源區(qū)(012)上的上摻雜層(013)，其特征在于，在上摻雜層(013)內(nèi)部嵌有設(shè)定圖形的絕緣介質(zhì)(015)，在絕緣介質(zhì)(015)的內(nèi)部包裹著金屬層(014)，其中金屬為金、銀、鋁、銅、鈦、鎳、鉻的一種、或是各自的合金、或是不同金屬的復(fù)合多層構(gòu)造，金屬微觀形態(tài)為顆粒、薄層、或顆粒與薄層的組合，厚度限定為1-50nm，金屬層(014)到有源區(qū)(012)的距離限定為0-50nm。
2、 一種摻雜層中按設(shè)定圖形嵌入金屬層的半導(dǎo)休電致發(fā)光器件，含有金屬薄層(021)， 位于金屬薄層(021)上的有源區(qū)(012)，以及位于有源區(qū)(012)上的上摻雜層(013)，其 特征在于，在上摻雜層(013)內(nèi)部嵌有設(shè)定圖形的絕緣介質(zhì)(015),在絕緣介質(zhì)(015)的 內(nèi)部包裹著金屬層(014)，其中金屬為金、銀、鋁、銅、鈦、鎳、鉻的一種、或是各自的合 金、或是不同金屬的復(fù)合多層構(gòu)造，金屬微觀形態(tài)為顆粒、薄層、或顆粒與薄層的組合，厚 度限定為1-50nm，金屬層(014)到有源區(qū)(012)的距離限定為0-50nm。
3、 一種摻雜層中按設(shè)定圖形嵌入金屬層的半導(dǎo)體電致發(fā)光器件，含有下?lián)诫s層(011)， 位于下?lián)诫s層(011)上的有源區(qū)(012)，以及位于有源區(qū)(012)上的上摻雜層(013)，其 特征在于，在下?lián)诫s層(011)、上摻雜層(013)各自的內(nèi)部嵌有設(shè)定圖形的絕緣介質(zhì)(015), 在絕緣介質(zhì)(015)的內(nèi)部包裹著金屬層(014)，其中金屬為金、銀、鋁、銅、鈦、鎳、鉻的 一種、或是各自的合金、或是不同金屬的復(fù)合多層構(gòu)造，金屬微觀形態(tài)為顆粒、薄層、或顆 粒與薄層的組合，厚度限定為l-50nm，金屬層(014)到有源區(qū)(012)的距離限定為0_50nm。
4、 所述的設(shè)定圖形為含有通孔的平板，孔的直徑大小限定為50nm-l口m，平板的厚度限 定為3-200nm。
5、 所述的設(shè)定圖形為盤狀，盤的直徑大小限定直徑為10nm-l口m，盤的厚度限定為 3-200nm。
6、 所述的設(shè)定圖形為條狀，條寬度的大小限定為10nm-l口m，條的厚度限定為3-200nm。
7、 所述的絕緣介質(zhì)為，Si02、 Si3N4、 Si0N、 A1A、 YA、 Ti02、 TaA或Hf02的一種，在絕 緣的同時(shí)起到防止金屬擴(kuò)散的作用。
8、 所述的有源區(qū)為納米晶硅，摻雜層為Si、 SiC、 ZnO、或SrA。
9、 所述的有源區(qū)為InGaN，摻雜層為GaN。
10、 所述的有源區(qū)為Zn0，摻雜層為Zn0。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在有源光電子器件、光電集成等領(lǐng)域應(yīng)用的摻雜層中按設(shè)定圖形嵌入金屬層的半導(dǎo)體電致發(fā)光器件，屬于集成光電子技術(shù)領(lǐng)域。其特征在于，在摻雜層中嵌入了外包裹有絕緣介質(zhì)的金屬層，分布位置由設(shè)定圖形確定，而摻雜層的半導(dǎo)體介質(zhì)則貫穿設(shè)定圖形區(qū)域外的其余部分。這種設(shè)計(jì)在保證載流子通過摻雜層注入有源區(qū)的同時(shí)，有效的利用了金屬表面等離子體對(duì)發(fā)光效率的增強(qiáng)效應(yīng)。這有利于進(jìn)一步提高基于在氮化鎵材料的電致發(fā)光器件的效率，同時(shí)為基于氧化鋅、納米晶硅等材料的電致發(fā)光器件的實(shí)際應(yīng)用提供了可能。
文檔編號(hào)H01L33/00GK101170156SQ20071017849
公開日2008年4月30日 申請(qǐng)日期2007年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月30日
發(fā)明者選 唐, 巍 張, 彭江得, 黃翊東 申請(qǐng)人:清華大學(xué)