一种硫化镉纳米带硅基异质结发光二极管及其制造方法技术

本发明专利技术公开一种硫化镉纳米带硅基异质结发光二极管，包括p型硅衬底，p型硅衬底的表面具有间隔分布的凸齿结构和阳极；还包括阴极和n型硫化镉纳米带，n型硫化镉纳米带的两端分别搭接凸齿结构和阴极，通过p型硅衬底与n型硫化镉纳米带复合形成p‑n异质结。本发明专利技术公开了一种硫化镉纳米带硅基异质结发光二极管的制备方法。本发明专利技术通过在硅衬底上刻蚀梳齿状结构，有效降低了衬底对可见光波段的吸收，在硫化镉纳米带中形成稳定高效的法珀腔，提高了辐射光的输出效率。

Cadmium sulfide nanobelt silicon based heterojunction light emitting diode and manufacturing method thereof

The invention discloses a cadmium sulfide nanoribbon silicon-based heterojunction light emitting diode, which comprises a p-type silicon substrate, a convex-tooth structure and an anode with spaced distribution on the surface of the p-type silicon substrate, a cathode and a n-type cadmium sulfide nanoribbon, and two ends of the n-type cadmium sulfide nanoribbon lapped with a convex-tooth structure and a cathode respectively, and a p-type silicon substrate CDs nanobelts compounded to form P n heterojunction. The invention discloses a preparation method of cadmium sulfide nanobelt silicon based heterojunction light emitting diode. The invention effectively reduces the absorption of the substrate to the visible light band by etching the comb-like structure on the silicon substrate, forms a stable and efficient Fabry-Perot cavity in the cadmium sulfide nanoribbon, and improves the output efficiency of the radiated light.

【技术实现步骤摘要】
一种硫化镉纳米带硅基异质结发光二极管及其制造方法
本专利技术属于新型半导体电致发光器件领域，更具体地涉及一种硫化镉纳米带硅基异质结发光二极管和受激辐射激光二极管的结构及其制造方法。
技术介绍
硅材料原料丰富，价格低廉，且硅基加工工艺日趋成熟，使得硅基发光器件成为人们竞相研究的重要课题。由于硅的间接带隙特性，导致高效硅基光源的实现存在极大的挑战。但研究工作者并没有就此停滞改善和提高硅基发光器件性能的步伐，新型硅基光源结构与器件仍在不断地优化和创新。硅基发光二极管是实现硅基发光器件的一种重要途径，许多基于异质结构的硅基光源得到了提出和实现。但是直接在硅衬底上生长Ⅲ-Ⅴ/Ⅱ-Ⅵ半导体材料，由于晶格常数、晶格结构和热膨胀系数等的差异，导致了严重的晶格失配、内应力等问题，难以形成高效稳定的异质发光结构，而基于一维半导体纳米线/纳米带的硅基异质结发光二极管则巧妙的规避了异质结构晶格失配带来的影响。硅的禁带宽度为1.12eV，其吸收光子的截止波长为1.1μm，故硅对于380-760nm的可见光波段有着强烈地吸收，严重降低了硅基可见光发光二极管的效率。如何降低硅衬底对可见光的吸收，形成稳定高效的腔体结构，改善与提高硅基可见光发光二极管的效率成为亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种新型的在可见光波段具有良好发光效率的半导体纳米带硅基异质结发光二极管和激光二极管，通过降低硅衬底对光的吸收，构建稳定高效的法珀腔，提高发光效率。本专利技术的半导体纳米带硅基异质结发光二极管和激光二极管，通过p型硅衬底与n型硫化镉纳米带(CdSNB)复合形成p-n异质结。在硅衬底上刻蚀一系列的梳齿状结构，保证载流子有效注入的同时，又可减少硅衬底对光的吸收，降低损耗，在硫化镉纳米带中形成稳定高效的法珀腔。本专利技术所采用的具体技术方案如下：一种硫化镉纳米带硅基异质结发光二极管，包括p型硅衬底，p型硅衬底的表面具有间隔分布的凸齿结构和阳极；还包括阴极和n型硫化镉纳米带，n型硫化镉纳米带的两端分别搭接凸齿结构和阴极，通过p型硅衬底与n型硫化镉纳米带复合形成p-n异质结。作为优选的，所述的p型硅衬底为掺杂硅片，电阻率小于等于100Ω·cm。包括但不限于磷掺杂的p型硅衬底，硅衬底较小的电阻率有利于增强电流注入，提高辐射光输出效率。作为优选的，以ITO玻璃作为阴极，ITO玻璃电阻小于等于10000Ω·cm2。ITO玻璃较小的电阻有利于增强电流注入，提高辐射光输出效率。作为优选的，所述ITO玻璃与p型硅衬底的间距小于20μm。将两衬底的间距控制在合理的范围内，有利于降低传输损耗，提高电流传输效率。作为优选的，所述n型硫化镉纳米带为In掺杂的硫化镉纳米带。作为优选的，所述的阳极为溅射在p型硅衬底上的Ti/Au合金电极。在另一技术方案中，阴极与阳极设置在同一硅衬底上，所述p型硅衬底的表面一侧设有凸齿结构，另一侧镀氧化物绝缘层和ITO导电薄膜作为阴极。本专利技术还提供制备上述硫化镉纳米带硅基异质结发光二极管的方法，包括如下步骤：1)p型硅衬底在硅衬底上刻蚀间隔分布的凸齿微纳结构，并溅射阳极电极；2)将阴极与p型硅衬底贴近放置，通过微纳操作调控两衬底间的间距；3)通过微纳操作将n型硫化镉纳米带横跨在凸齿微纳结构与阴极之间，通过范德华力形成稳定的接触，p型硅衬底与n型硫化镉纳米带复合形成p-n异质结。本专利技术的有益效果在于：本专利技术提出了一种新型的纳米带硅基异质结可见光发光二极管和激光二极管结构，通过在硅衬底上刻蚀梳齿状结构，有效降低了衬底对可见光波段的吸收，在硫化镉纳米带中形成稳定高效的法珀腔，提高了辐射光的输出效率。并且本专利技术的制作方法简单，成本低，有利于推向广泛应用。附图说明图1为平行结构硫化镉纳米带硅基异质结发光二极管结构示意图；图2为单片集成垂直结构硫化镉纳米带硅基异质结发光二极管结构示意图；图3为硫化镉纳米带硅基异质结发光二极管伏安特性曲线；图4为硫化镉纳米带硅基异质结发光二极管的电致发光光谱；图5为未刻蚀凸齿结构时，硅衬底与硫化镉纳米带中光场分布情况；图6为刻蚀有凸齿结构时，硅衬底与硫化镉纳米带中光场分布情况。具体实施方式下面结合实施例和附图来详细说明本专利技术，但本专利技术并不仅限于此。基于硫化镉纳米带硅基异质结发光二极管与激光二极管，本专利技术设计了一种分立的平行结构和一种单片集成的垂直结构，其具体结构参照图1和图2。具体器件制作工艺步骤：实施例1：1、通过VLS方法生长In掺杂的硫化镉纳米带，将镀有金催化薄膜的硅衬底放置在885℃，氮气气流为90sccm，气压为300mbar的高温炉中生长80min；2、在p型掺杂的硅片上通过光刻，刻蚀出一系列宽度为3μm，深度为3μm的凸齿状微结构；3、通过磁控溅射的方式在刻有微结构的硅衬底的一端镀Ti/Au合金电极，先溅射20nm的Ti薄膜，然后溅射50nm的Au薄膜；4、将ITO玻璃贴近硅衬底放置，通过微纳操作调控两衬底之间的间距，控制间距在20μm范围内；5、通过微纳操作将硫化镉纳米带转移到两衬底之间，调控使硫化镉纳米带刚好横跨在硅衬底的梳齿结构与ITO玻璃之上，通过范德华力，纳米带与两衬底牢固接触，获得平行分立硫化镉纳米带硅基异质结发光二极管/激光二极管。实施例2：1、通过VLS方法生长In掺杂的硫化镉纳米带，将镀有金催化薄膜的硅衬底放置在885℃，氮气气流为90sccm，气压为300mbar的高温炉中生长80min；2、在p型掺杂的硅片上生长200nm厚的二氧化硅薄膜，并进一步生长170nm厚的ITO导电薄膜；3、通过光刻，刻去部分ITO与二氧化硅至裸露出底层硅衬底，并进行二次套刻，在裸露的硅衬底上刻蚀出一系列宽度为3μm，深度为3μm的凸齿状微结构；4、通过磁控溅射的方式在刻有微结构的硅衬底的一端镀Ti/Au合金电极，先溅射20nm的Ti薄膜，然后溅射50nm的Au薄膜；通过微纳操作将硫化镉纳米带转移到硅衬底上，调控使硫化镉纳米带刚好横跨在硅衬底的梳齿结构与ITO薄膜之上，通过范德华力，纳米带与硅衬底和ITO薄膜牢固接触，获得单片垂直结构硫化镉纳米带硅基异质结发光二极管/激光二极管。如图3和图4所示，测试器件的电学特性和光学特性，该硫化镉纳米带硅基异质结表现出明显的整流特性，其电致辐射发光波峰约位于520nm处，主要源于硫化镉纳米带的自发辐射复合。如图5和图6所示，通过模拟计算硅衬底表面刻蚀凸齿结构与未刻蚀凸齿结构时，硅衬底与硫化镉纳米带中光场分布情况发现，合理的降低硅衬底与硫化镉纳米带的接触面积，能够减少硅衬底对辐射光的吸收，降低损耗，使得辐射光场更多的限域在硫化镉纳米带中，从而形成更稳定高效的法珀腔。以上所述仅为本专利技术的较佳实施举例，并不用于限制本专利技术，凡在本专利技术精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种硫化镉纳米带硅基异质结发光二极管，其特征在于，包括p型硅衬底，p型硅衬底的表面具有间隔分布的凸齿结构和阳极；还包括阴极和n型硫化镉纳米带，n型硫化镉纳米带的两端分别搭接凸齿结构和阴极，通过p型硅衬底与n型硫化镉纳米带复合形成p‑n异质结。

【技术特征摘要】
1.一种硫化镉纳米带硅基异质结发光二极管，其特征在于，包括p型硅衬底，p型硅衬底的表面具有间隔分布的凸齿结构和阳极；还包括阴极和n型硫化镉纳米带，n型硫化镉纳米带的两端分别搭接凸齿结构和阴极，通过p型硅衬底与n型硫化镉纳米带复合形成p-n异质结。2.如权利要求1所述的硫化镉纳米带硅基异质结发光二极管，其特征在于，所述的p型硅衬底为掺杂硅片，电阻率小于等于100Ω·cm。3.如权利要求1所述的硫化镉纳米带硅基异质结发光二极管，其特征在于，以ITO玻璃作为阴极，ITO玻璃电阻小于等于10000Ω·cm2。4.如权利要求3所述的硫化镉纳米带硅基异质结发光二极管，其特征在于，所述ITO玻璃与p型硅衬底的间距小于20μm。5.如权利要求1所述的硫化镉纳米带硅基异质...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨青，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33