硅基双势垒金属-绝缘层-金属-绝缘层-半导体隧道发光结.pdf

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1、第卷第期光学学报，年月，文章编号：（）硅基双势垒金属绝缘层金属绝缘层半导体隧道发光结!唐洁影刘柯林聂丽程（东南大学电子工程系微电子机械系统教育部重点实验室，南京）摘要：讨论了硅基双势垒金属绝缘层金属绝缘层半导体（）隧道发光结的结构、制备方法及发光特性。所制备的样品最大发光亮度达到!、光谱的峰值波长移到了蓝绿光区，表明双势垒隧道发光结的性能优于单势垒金属绝缘层半导体（）隧道发光结。利用量子力学的共振隧穿效应对它作了较好的解释。关键词：金属绝缘层金属绝缘层半导体；双势垒；发光特性；共振隧穿中图分类号：文献标识码：［］引言自年和在研究中首先硅基隧道发光结的基

2、本结构为金属绝缘层半发现金属绝缘层金属隧道结的发光现象以来，国内导体（）系统，当外加偏压后，电子隧穿绝缘层势外许多学者从理论上和实验上对之进行了深入的研［#］垒，隧穿电子将对界面附近金属中的电子气产生扰究。但是，目前国内外对硅基隧道发光结的研究动导致等离电磁振荡，产生表面等离体子，另一方离实用化还有一定的距离，主要问题是发光强度较面，界面附近绝缘层中的原子在隧穿电子的影响下，弱，尤其是蓝绿光相对于红、黄光更弱。为此，我们对导致晶格的极化电磁振荡，产生表面电磁耦（合波）结的结构进行了改进与优化，采用双绝缘层金属子。在金属、绝缘层界面，两种振荡相互耦合，形

3、成绝缘层金属绝缘层半导体（简称）结构代替表面等离电磁耦子。它是被束缚在界面上的，由它单绝缘层结构，提高了发光效率，特别是蓝绿光产生的横电磁波是沿结平面方向传播的，由麦克斯得到了明显增强。韦方程及边界条件，可得到不同界面处表面等离电［］磁耦子的频率。硅基双势垒隧道发光结的结构与制备表面等离电磁耦子波的波矢比同频率下介质中硅基双势垒隧道发光结为结构，图给传播的光子的波矢大，无法直接转变成光子发射出出其结构示意图。来。必须经过一定的波矢补偿，才能同时满足动量和能量守恒，使表面等离电磁耦子波转变成辐射光子。在金属绝缘层半导体（简称）结构中引入一定粗糙度可实现这

4、种波矢补偿。在我们的制备工艺中，通过酸腐蚀发光区，以得到所需的界面粗糙度。隧道发光器件无论是在器件结构还是工作原理上与以前的发光器件有本质的不同，它具有平面薄膜结构、发光电压较低、发光颜色可变、成本低廉、可发射蓝绿光等特点，因而在平面彩色显示、集成光学、光电通信等领域有着广阔的应用前景。以型单晶为衬底，掺杂浓度为。!国家自然科学基金（）、东南大学科学基金（）资助课题。通过干氧氧化在表面形成厚的："，在厚上光刻出一定图形的发光区，再氧收稿日期：；收到修改稿日期：化形成一层薄作为结的第一绝缘层光学学报卷（厚度选择、、几个参量）。在厚样品的发光亮度有了较大提

5、高，表中样品的最大发光亮度达到了!。上光刻出电极孔，蒸上作为负电极的引线压焊区。在发光区的薄上蒸一层厚为左右）发光光谱的作为中间金属层，自然氧化，形成厚利用日本公司制造的光谱左右的作为第二绝缘层。然后在样品仪对多个样品的发光光谱进行了测量，图表面蒸厚为左右的及厚为左右的（）、图（）给出了两个样品、的发光光谱。两样品的薄厚度分别为和厚，并刻去和腐蚀掉遮挡在电极和发光区域上的厚及层，厚膜作为阳极引线压焊区，左右。作为与之间的粘联层，增加对的附着力。最后蒸一层左右的薄膜覆盖在发光区的层上，且与分布在发光区外围的厚膜重合接触，作为结的阳极。发光特性测试为了验证

6、双绝缘层结构的发光性能优于单绝缘层结构，我们对样品的发光亮度及发光光谱分别进行了测试，并且与以前制备［］的样品的测试结果进行了比较。制备样品时，我们使用了三块英寸的片，对第一绝缘层的厚度设计了、和三种参量，分别在三块片上实现。测试中，将样品按所属硅片分为、、三类（即对应的薄厚度分别为、、），每一类样品有若干个，按阿拉伯数字，，⋯编号。（）（!）；（）（!））发光亮度采用!型亮度计（从图中看出，样品的谱峰在附近，），校准系数为属绿光区，而样品的谱峰在附近，属蓝，分别对三个类器件的光亮度进行光区。这可能是因为薄厚度的不同，使器件工了测量，测量结果如表所示，

7、表中同时给出了单势"作电压不同，从而结中隧穿电子可获得的能量不同，垒器件（）的测试结果。相应的光谱峰值波长也就不同。为了便于比较，图给出了单势垒隧道发光结典型的发光光谱曲线（光谱仪型号：）!!（!），主峰在附近。""样品为单势垒结构，其工作电压较低，仅，而器件为双势垒结构，能够承受的外加偏压较高，达到十几伏。然而，、和三个样品来自同一块大片的不同位置，由于实验条件的限制，其结构参量也会存在一定差异，因此它们的工作电压也不尽相同。但是，从表（!）中看出，任何一个样品的发光亮度都比显然，双势垒隧道结的发光光谱中，蓝期唐洁影等：硅基双势垒金属绝缘层金属绝缘层

8、半导体隧道发光结绿光成份大大增加。所示结构相应的势垒结构模型。发光特性讨论由发光特性测试结果可