硼离子注入增强硅pn结发光二极管效率研究

"离子注入缺陷局域掺杂的高效率硅pn结发光二极管" 本文主要探讨了如何通过离子注入技术提升硅pn结发光二极管的效率，特别是在使用硼离子注入n型硅片的过程中，深入研究了注入剂量、能量以及退火温度等因素对器件性能的影响。硼离子注入是半导体器件制造中的常见工艺，它可以改变材料的导电性质，从而调整器件的性能。 在研究中，科学家们发现随着硼原子注入浓度的增加，硅pn结二极管的电致发光效率有显著增强。当B原子浓度接近退火温度下固溶度的两倍时，二极管在室温下的电致发光效率达到了0.12%，相较于传统的硅pn结发光二极管，这个数值提升了2-3个数量级，显示出离子注入在改善发光效率方面的潜力。 此外，实验还揭示了低温电致发光光谱中存在两个来自局部掺杂缺陷的束缚激子发光峰。束缚激子是半导体中的一种特殊状态，其能量比自由电子和空穴对（电子-空穴对）低，能引起特定波长的光发射。随着温度升高，这些束缚激子的发光峰经历温度猝灭，即它们转化为自由电子和空穴。这种转化增加了带间自由激子复合的效率，导致电致发光强度随温度上升而增强，形成了反常的温度效应。 这一现象对于理解和优化硅基发光二极管的设计具有重要意义。通过控制离子注入的条件，如剂量和能量，可以精确调控硅pn结的局部掺杂，进而调控器件的发光特性。退火过程在此过程中也起着关键作用，它有助于消除晶体损伤，恢复材料的晶体结构，并使掺杂剂更好地融入硅晶格，从而影响器件的性能。 硼作为p型半导体掺杂剂，能够有效地改变硅的导电类型，形成pn结。离子注入技术使得掺杂更加精确和可控，避免了传统扩散方法中的一些问题，如掺杂层的不均匀性和深度控制困难等。同时，通过观察束缚激子的行为，研究人员可以更深入地了解半导体中的能带结构和载流子复合过程，这对于发展新型半导体光电器件，尤其是高效率的硅基发光二极管，具有重要的理论和实践价值。 总结来说，本文展示了离子注入技术在局域掺杂硅pn结发光二极管中的应用，强调了注入参数对器件性能的影响，以及束缚激子在发光过程中的角色。这项工作为优化硅基发光二极管的性能提供了新的思路，对于推动半导体照明技术的发展具有积极意义。