[发明专利]含有多孔硅的电致发光器件

说明书

本发明涉及一种电致发光器件，更具体地，涉及一种由多孔硅材料制备的电致发光器件。

发光器件可以通过各种过程发光。普通的钨丝灯泡当灯泡中的元件达到一定温度时就发出可见光。在高温下从某一物质发射可见光叫作白炽光。荧光是和白炽光不同的一种现象，当电子从激发能态跃迁到可以是其基态的低能态而辐射地损失能量时，就会产生荧光。光致发光是由通过吸收光子被激发到高能级的电子发出的荧光。光致发光多孔硅描述于美国专利No.5,438,618。电致发光是由通过电场或电流被激发到高能级的电子发出的荧光。电致发光多孔硅的一个实例描述于英国专利No.GB2268333B。

发光二极管是电致发光器件的一种重要类型。发光二极管通常由Ga_1-xAl_xAs、Ga_1-xIn_xAs_ryP_y以及GaAs_1-yP_y系的半导体材料制备而成。发光二极管的效率的一种衡量方法是其外部量子效率，定义为二极管发射的光子数除以进入二极管的电子数。由这些材料制备的器件的外部量子效率可以大于10％。由GaAs化合物制备的电致发光器件有一个缺点是它们难以和硅基集成电路技术进行单片集成。半导体技术领域的技术人员多年来的一个重要的目标就是能够生产能和硅基集成电路技术兼容的电致发光器件。

Applied Physics Letters，Volume 57，Number 10，1990，pp 1046-1048上L.T.Can ham的一篇文章在世界上激起了多孔硅可能在电致发光器件中用作发光材料的广泛兴趣。这篇文章报道了多孔硅中的量子线在室温下有效的可见光光致发光。硅量子线可以定义为宽度不大于10nm的硅的物理连续体，其长度不小于宽度的二倍，其边界由适当的钝化层包围。多孔硅电致发光器件具有的优点是对传统的硅集成电路制备工艺的潜在兼容性，以用于诸如光学显示和光电集成电路等应用中。

如上所述，电致发光多孔硅描述于英国专利No.GB2268333B。对电致发光多孔硅在世界范围的兴趣已由大量已发表的、描述含有多孔硅的电致发光器件的科技文章所证明。不过，对这些器件所报道的发光效率却是令人失望的低。在Journal of Vacuum Science and Technology A.Volume 11，Number 4，1993，pp1736-1738中，V.P.Kesan等报道了一种p-n结多孔硅电致发光器件，其效率在0.04％到0.1％之间。不过Kesan等的器件在电致发光可观测到之前阈值电流密度为30000Am^-2。这样高的阈值似乎和所述效率值不一致。而且，Kesan等的文章没有指出所用的效率测量是外部量子效率参数还是一些其他效率，比如内部量子效率。如果所用的效率参数是内部量子效率，外部量子效率参数会低得多，大概会低10倍。

在Sensors and Actuators A，Volume A43，No.1-3，1994，pp153-156中，F.Kozlowski等报道了一种量子效率为0.01％多孔硅发光器件。不过这篇文章只提供了量子效率在10^-3～10^-4％之间的发光器件的电学特性细节。

在Semiconduetors，Volume27，No.11-12，1993，pp999-1001中，L.V.Belyakov等报道了对含有电解液的阴极偏压电致发光多孔硅器件有高达0.3％的发光效率。他们报道在200Am^-2的电流密度下观察到了电致发光。含有电解液的器件很难和传统的硅基微电路集成在一起。

在Journal of Luminescence，Volume 57，1993，pp169-173中，W.Lang等描述了一种具有薄金顶部电极的电致发光器件。Lang等在电流密度大于1.1Am^-2时观察到电致发光，测量到外部量子效率为0.01％。他们估计他们的器件具有大于0.1％的内部效率。外部效率值是对器件外部产生光子的效率的衡量值，它和内部效率值不同，后者是在器件内部产生光子的效率的衡量值。由于内部吸收和散射机制，内部效率值会高于外部效率值。