[发明专利]一种波导集成的发光二极管

说明书

本发明涉及一种波导集成的发光二极管，本发明首次以N型硫化镉纳米带和P型单层硒化钨构建PN结，通过在PN结两端施加一个正向偏压，成功实现了基于硫化镉和硒化钨PN结的发光二极管，并利用硫化镉与硒化钨的波导耦合结构，进一步实现了一种波导集成的发光二极管。本发明对现代集成芯片中硅上光源集成及光源与波导结构耦合难题的解决，具有重要的参考价值和工业应用价值。

技术领域

本发明涉及一种波导集成的发光二极管；特别涉及一种以N型硫化镉纳米带和P型硒化钨纳米材料构建PN结的波导集成的发光二极管。

背景技术

纳米光子学当前面临的挑战之一是开发高速，高能效，以及芯片集成的光通信设备，以解决高速计算系统中的互连瓶颈。硅光子学已经成为一种领先的体系结构，部分原因是人们希望将许多组件(例如波导，耦合器，干涉仪和调制器)直接集成到基于硅的处理器中。但是，当前常用的光源集成方法是基于III–V族材料激光器的芯片外集成，光源的集成仍存在很大的挑战。

发光二极管(LED)是上个世纪最重要的光电创新之一，并且在2014年获得了诺贝尔奖。而基于二维材料和波导异质结构的发光二极管可以被用作光源的集成以及实现微芯片上设备之间更快的通信。此外，基于二维材料的发光二极管对柔性和透明电子产品的应用也具有巨大潜在价值。相比于晶体管、传感器以及光探测器等纳米光电子器件的研究，单纳米光源、波导集成发光二极管器件的进展却十分缓慢，并面临很大的挑战。因此开发出波导集成的发光二极管器件对下一代光电子集成系统的发展具有重大的意义。

截止目前为止，还未有在N型硫化镉纳米带和P型硒化钨纳米材料异质结上实现波导集成发光二极管器件，并且此器件具有CMOS兼容性。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供了一种波导集成的发光二极管。

本发明一种波导集成的发光二极管，所述二极管为波导集成发光二极管，单个二极管包括单根单晶硫化镉纳米带、单层硒化钨纳米结构、2个金属电极；

将所述的硫化镉纳米带转移到单层硒化钨材料上并构成PN结，PN结的两端分别与2个金属电极相连；然后通过金属电极施加正向偏压。

做为优选方案；将所述的硫化镉纳米带通过干法转移的方法转移到单层硒化钨材料上并构成PN结。

本发明一种波导集成的发光二极管，还包括电压源表。所述电压源表与二极管的两个电极相连。二极管工作时，电压源表通过金属电极施加正向偏压。所述的电压源表为Keithley2400。

所述的金属电极具有预先设计的图案，使用电子束曝光工艺制备。

本发明一种波导集成的发光二极管，所述的单晶硫化镉纳米带的厚度为120-130纳米，宽度为5-8微米，长度为25-35微米。所述的硒化钨纳米材料的厚度为0.7-0.8纳米，边长为30-35微米。

本发明一种波导集成的发光二极管，发光二极管的光谱中心为745纳米。

本发明一种波导集成的发光二极管，硒化钨的发光是通过倏逝波耦合的方式耦合进硫化镉纳米带中，并在硫化镉纳米带中波导。

本发明一种波导集成的发光二极管，硫化镉端部波导光的光谱中心也为745纳米。

本发明一种波导集成的发光二极管，单晶硫化镉纳米带的制备方法，包括下列步骤：

将硫化镉粉末作为源放入陶瓷舟中，然后将陶瓷舟放入炉中加热，最后将镀有金膜的硅片放置在石英管的下游位置进行沉积；在生长之前，用高纯氩气以45-65sccm的流量冲洗石英管；然后在25-35分钟内将炉温升至780-820℃，并保持恒温80-120分钟；整个生长过程保持在280-320Torr的压力下；最后，将炉膛自然冷却至室温，沉积时镀有金膜的硅片所在区间的温度为400-500℃、优选为445-455℃、进一步优选为448-452℃。