[发明专利]利用石墨烯硅量子点混合结构的光电二极管及其制造方法有效
申请号: | 201480081292.4 | 申请日: | 2014-11-20 |
公开(公告)号: | CN106575685B | 公开(公告)日: | 2018-01-26 |
发明(设计)人: | 崔石镐;申东熙;金成 | 申请(专利权)人: | 庆熙大学校产学协力团 |
主分类号: | H01L31/10 | 分类号: | H01L31/10;C01B32/186 |
代理公司: | 北京青松知识产权代理事务所(特殊普通合伙)11384 | 代理人: | 郑青松 |
地址: | 韩国*** | 国省代码: | 暂无信息 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 利用 石墨 量子 混合结构 光电二极管 及其 制造 方法 | ||
技术领域
本发明涉及通过硅量子点的大小,和石墨烯的掺杂浓度的控制,包括提高光学特性及电性特性的石墨烯硅量子点混合结构的光电二极管及其制造方法。
背景技术
石墨烯不仅具有高的导电性,在光学上也具有高的性能,在柔性显示器和触摸屏等下一代显示领域,和太阳电池等能源事业领域、智能窗、RFID等多种电子产业领域,以新材料被扩大活用度。
最近几年,石墨烯不仅在基础学文的发展,而且在可成长产业性技术的可能性,受到很多关注。特别地,最近随着石墨烯的大面积制作法的开发,在多种产业领域其应用可能性被扩大。
其中,利用广泛使用在整个产业的化学蒸汽沉积(chemical vapor deposition,CVD),制作的石墨烯是大面积且具有高透过性及导电性,所以,被期待作为透明电极的应用可能性。
为了将石墨烯活用在光及电子元件,可实现半导体元件结构的基本二极管结构。特别地,石墨烯与广泛使用在现整个产业的硅基础的物质,形成混合结构被开发成元件时,与其他物质进行比较,其波及效果会很大。
光检测元件或光传感器是将如电磁波信号变换成电信号的光电变换传感器,活用在如图像传感、通信、化学/医学/生物学传感、航天产业的多种产业。
形成这些光检测元件根干的代表物质是硅Si。普及硅基础光检测元件,可分别检测紫外线、可视光线及红外线领域的光。现有的光检测元件的光检测带宽受限制,且光反应度低,Si的带隙能量(Band gap energy)小,所以,对于相对高的光能量(在紫外线可视光线领域的能量)发生热,具有缩短元件寿命的问题。
对此,为了最小化经紫外线及可视光线领域的光吸收的热发生现象,正在积极地进行关于利用能量带隙大的元件的光检测元件开发的研究。
特别地,硅作为在现产业最重要地被利用的物质,可调整能量带隙,其波及效果会很大。其中,硅量子点因量子限域效应(quantum confinement effect;QCE)与大量单结晶硅(bulk single-crystalline Si)比较,在短波长领域可期待更增大的光吸收率及发光效果,作为下一代光电子元件被最具有魅力的物质中的一个受到瞩目。
此外,在未来需要非常薄且柔软的光电子元件,在产、学、研积极地进行对此的研究。为了实现此,要使用兼备透明且柔软性的基板,但这些基板对热脆弱,所以,在高温生长的石墨烯可成为对策。
此外,即使在高温可生长,也不可避免工程复杂,且由此发生的很多费用,对于普及受到很多限制。
对此,下一代光检测元件工程即简单且在透明、柔软的基板制作元件也要简便,可发挥光带宽、高灵敏度及高检测率的高性能的光检测元件,需要适合的物质及结构的实情。
最近,在可视光领域以性能优秀的如CdS、CdSe、PdS的胶体量子点为基础的光检测元件的研究被报告。胶体量子点基础光检测元件具有制造工程单纯,费用消耗少,灵敏度好的优点。
但是,具有操作电压以40至500V高,运行速度慢的缺点,根据2006年7月1日开始适用的RoHS(特定有害物质使用限制),Pb、Cd基础的物质存在使用限制。
因此,为了解决上述的现有光检测元件具有的问题,需要设计并制作新结构的光检测元件,或开发新光检测元件用物质。
最近,报告具有多种新物质及结构的光检测元件的研究结果,但光反应度(Responsivity)及检测率(Detectivity)低,在较高电压被驱动,所以,到现在为止为了普及存在困难。
此外,几个被报告性能优秀的光检测元件,存在制作工程复杂,且大面积元件制作困难的问题。
发明内容
技术课题
本发明提供制作方便,可进行大面积制作,从紫外线领域到近紫外线领域光检测带宽广,且包括选择性地可调整吸收能量的石墨烯硅量子点混合结构的光电二极管及其制造方法。
此外,本发明提供通过石墨烯的掺杂浓度调整的石墨烯费米能级控制,优化光检测元件性能的包括石墨烯硅量子点混合结构的光电二极管及其制造方法。
此外,本发明将提供通过硅量子点的大小控制,调整能量带隙提高光电二极管性能的包括石墨烯硅量子点混合结构的光电二极管。
此外,本发明将提供在光电二极管基础的光电子元件,可活用的理想的包括石墨烯硅量子点混合结构的光电二极管。
技术方案
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- 一种光电二极管(具体而言是用于数据传输应用的光电二极管)可以包括:半导体衬底,所述半导体衬底也可以被称为衬底层;以及第一半导体层,所述第一半导体层由所述半导体衬底支撑(例如,被布置在所述半导体衬底上)。所述光电二极管还可以包括由所述第一半导体层支撑(例如,被布置在所述第一半导体层上)的第二半导体层。所述光电二极管还可以包括被布置在所述半导体衬底与所述第一半导体层之间的光半导体镜,以使得在入射光第一次沿着第一方向穿过所述第二半导体层和所述第一半导体时,所述入射光被所述光半导体镜反射以便第二次穿过所述第一半导体层,这也可以被称为第二次通过。因此,所述光电二极管也可以被称为双通光电二极管。
- 一种低暗电流铟镓砷探测器及其制备方法-201510928646.0
- 胡双元 - 苏州矩阵光电有限公司
- 2015-12-15 - 2016-03-16 - H01L31/10
- 本发明所述的一种低暗电流铟镓砷探测器,包括层叠设置的第二电极、N型InP衬底和本征InP缓冲层,所述InP缓冲层上直接形成有InGaAs光敏层,所述InGaAs光敏层上层叠设置有InP帽层和通过外延方式生长的钝化层,所述InP帽层面积小于或等于所述InGaAs光敏层的面积;所述钝化层中开设有暴露所述InP帽层部分区域的通孔,沿所述通孔内侧壁形成环形第一电极。通过外延方式制备的钝化层,其成膜质量远远高于传统工艺所制备的钝化层,可以大大降低铟镓砷探测器的暗电流,提高灵敏度。
- 受光元件及其制造方法-201480028902.4
- 梶山康一;小川吉司 - 株式会社V技术
- 2014-04-23 - 2016-03-09 - H01L31/10
- 本发明提供一种受光元件及其制造方法,其通过解决伴随受限于带隙的材料选择而产生的各种问题,简单地获得对红外线等长波长光具有灵敏度的受光元件。本发明的受光元件(1)具备具有pn接合部(10j)的半导体层(10)、及夹持pn接合部(10j)的一对电极(11、12),在一对电极(11、12)之间施加正向偏压(V)并照射特定波长的光(L),由此在pn接合部(10j)附近产生近场光,其中,通过特定波长的光所透射的金属栅网偏光器(Wg)构成一对电极(11、12)的光(L)所照射的一侧的电极(11)。
- 一种行波结构光探测器芯片及制备方法-201510733750.4
- 陈钰杰;许鹏飞;余思远;张彦峰;刘洁 - 中山大学
- 2015-10-30 - 2016-01-20 - H01L31/10
- 本发明涉及一种行波结构光探测器芯片及制备方法,本发明中的行波结构光探测器基于一个宽频带阻抗匹配的射频共面波导传输线的框架,用于收集和传输光电二极管单元产生的射频电磁波信号。在不破坏射频传输线基本电极结构的基础上,将多个光电二极管单元串联加载至射频传输线两侧电介质之间,实现射频信号的相干叠加,增大光探测器的响应度。而光信号的输运则通过两侧多重弯曲的光波导,通过倏逝波耦合的方式馈给至多个光电二极管单元,实现光信号的高效率吸收转化。多重弯曲的光波导实现光程可控,减缓光波导传输群速度以匹配传输线传输相速度,避免了相消干涉导致射频信号的反射,使光探测器的整体带宽不受影响。
- 专利分类
H01L 半导体器件;其他类目中不包括的电固体器件
H01L31-00 对红外辐射、光、较短波长的电磁辐射,或微粒辐射敏感的,并且专门适用于把这样的辐射能转换为电能的,或者专门适用于通过这样的辐射进行电能控制的半导体器件;专门适用于制造或处理这些半导体器件或其部件的方法或
H01L31-02 .零部件
H01L31-0248 .以其半导体本体为特征的
H01L31-04 .用作转换器件的
H01L31-08 .其中的辐射控制通过该器件的电流的,例如光敏电阻器
H01L31-12 .与如在一个共用衬底内或其上形成的,一个或多个电光源,如场致发光光源在结构上相连的,并与其电光源在电气上或光学上相耦合的