[发明专利]提高半导体硅发光效率的方法及产品及其制备方法

权利要求书

1.一种提高半导体硅发光效率的方法，其特征在于：在半导体能带之间构建两组局域态子带，使两组局域态子带能级之间形成粒子数反转，使其构成四能级系统，从而提高半导体硅的发光效率。

2.一种硅镱量子级联和PIN混合发光管，包括单晶硅基层（1），其特征在于：在单晶硅基层（1）上设有P型Si层（2）或N型Si层（3），在P型Si层（2）上设有硅镱量子级联薄膜，硅镱量子级联薄膜是由两层以上的镱膜（4），并在镱膜（4）之间交替硅层（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ITO薄膜（6）；P型Si层（2）通过金属电极引出后与电源（7）的正极连接，N型Si层（3）通过电极ITO膜层（6）引出后与电源（7）的负极连接。

3.根据权利要求2所述的硅镱量子级联和PIN混合发光管，其特征在于：所述硅镱量子级联薄膜的厚度为10～100nm。

4.一种如权利要求2所述的硅镱量子级联和PIN混合发光管的制备方法，其特征在于：对单晶硅片进行P型掺杂或N型掺杂，使其形成电阻率2～20欧·厘米的掺杂硅片，将掺杂硅片进行酸洗之后，采用脉冲激光刻蚀与脉冲激光淀积的全光子方法对掺杂硅片进行加工，在单晶硅基层（1）上制备P型Si层（2）；在单晶硅基层（1）上的P型Si层（2）上制备硅镱量子级联薄膜；硅镱量子级联薄膜的制备具体方法是：a）采用脉冲激光淀积的方法在单晶硅基层（1）上的P型Si层（2）上制备一层镱膜（4）；b）采用脉冲激光刻蚀与脉冲激光淀积的全光子方法对单晶硅片进行加工，在镱膜（4）上制备一层硅层（5）；c）在硅层（5）上采用脉冲激光淀积的方法制备一层镱膜（4），如此往复制备获得硅镱量子级联薄膜；在样品的上层进行N型掺杂，于硅镱量子级联薄膜的顶部制备获得N型Si层（3）；并进行高温退火；在顶部的N型Si层（3）上制备一层电极ITO膜层（6）；在P型Si层（2）及N型Si层（3）上分别引出电极，将P型Si层（2）通过金属电极连接在电源（7）的正极上，将N型Si层（3）通过ITO透明电极连接在电源（7）的负极上。

5.根据权利要求4所述的硅镱量子级联和PIN混合发光管的制备方法，其特征在于：采用脉冲激光刻蚀与脉冲激光淀积的全光子方法具体是,用1064nm、脉宽60～100纳秒、重复率800～1200次/秒的脉冲激光束作为脉冲激光刻蚀的激光，调节其功率密度至产生白色等离子体辉光，在氮气氛围中用调节好的脉冲激光束作用样品5～9秒；再用355nm、脉宽80～100纳秒、重复率1000～2000次/秒的脉冲激光束作为脉冲激光淀积的激光，在氮气氛围中作脉冲激光淀积。

6.根据权利要求4所述的硅镱量子级联和PIN混合发光管的制备方法，其特征在于：所述的高温退火是，将在硅镱量子级联薄膜的顶部制备好N型Si层（3）的产品放入高温退火炉，在氮气氛围中，保持1000℃高温退火300秒，自然冷却至室温后再次放入高温退火炉，在氧气氛围条件下，保持1000℃高温退火150秒。