技术摘要：
本发明提供一种具有异质结的中红外发光二极管及其制备方法，该中红外发光二极管包括：衬底；发光结构，包括设置在衬底上的黑磷薄膜与二硫化钼薄膜垂直堆叠形成的范德华异质结；以及分别与黑磷薄膜和二硫化钼薄膜连接的第一电极和第二电极；其中黑磷薄膜和二硫化钼薄膜  全部
背景技术：
电磁波谱图上红外光谱区域分为近红外区、中红外区和远红外区，中红外光谱区 域在环境监测、无损诊断、工业监控以及国防领域有着广泛的应用。其中，中红外光源是实 现中红外技术的核心部件之一，热辐射和气体放电红外光源可以发射出连续的中红外谱 线。因此，中红外发光二极管(LED)可以发射出特定波长的中红外光信号，具有谱线窄、功耗 较低、便携等特点。 普通发光二极管的材料为磷化镓(GaP)、磷砷化镓(GaAsP)，而红外发光二极管的 材料为砷化镓(GaAs)、砷铝化镓(GaAlAs)，其中用得最多的是GaAs。现有红外发光技术中已 提出基于III-V/II-VI材料的中红外发光二极管，例如，外延生长的InAs0.87Sb0.13/InAs量子 阱结构在4μm实现室温下中红外的电致发光。但是上述利用传统的III-V/II-VI材料构造的 平台用于中红外发光二极管，存在以下问题：首先，III-V/II-VI材料与硅基技术不兼容，使 得这类器件缺乏在硅衬底上高度集成的潜力；此外，在硅光子芯片上构造异质集成的中红 外发射器，但很大程度上受到界面的应变以及成本昂贵的限制。 上述缺陷是本领域技术人员期望克服的。
技术实现要素：
(一)要解决的技术问题 为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种具有异质结的中红外发光二极管 及其制备方法，解决现有技术中无法提供在硅基上有较高兼容性的中红外发光二极管的问 题。 (二)技术方案 为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括： 本发明一方面提供一种具有异质结的中红外发光二极管，包括： 衬底； 发光结构，包括设置在衬底上的黑磷薄膜与二硫化钼薄膜垂直堆叠形成的范德华 异质结；以及 分别与黑磷薄膜和二硫化钼薄膜连接的第一电极和第二电极； 其中黑磷薄膜和二硫化钼薄膜的能带关系呈现交错方式的能带排列。 在本发明的一种示例性实施例中，所述衬底包括硅和二氧化硅，其中在二氧化硅 的上表面上设置发光结构，所述硅作为栅极，通过掺杂调控二硫化钼薄膜中电子浓度。 在本发明的一种示例性实施例中，所述发光结构为： 二硫化钼薄膜设置在衬底上，黑磷薄膜设置在二硫化钼薄膜上。 3 CN 111554780 A 说　明　书 2/7 页 在本发明的一种示例性实施例中，所述发光结构中黑磷薄膜与二硫化钼薄膜垂直 堆叠形成的重叠区域的大小决定所述中红外发光二极管的发光面积的大小。 在本发明的一种示例性实施例中，所述黑磷薄膜的厚度决定所述中红外发光二极 管的发光波长。 在本发明的一种示例性实施例中，所述黑磷薄膜的厚度为5-100nm，所述二硫化钼 薄膜的厚度为2-20nm。 在本发明的一种示例性实施例中，还包括： 氮化硼，覆盖在黑磷薄膜上，且氮化硼的面积大于黑磷薄膜形成范德华异质结的 面积。 在本发明的一种示例性实施例中，还包括： 导电层，设置在氮化硼上作为顶栅，与所述衬底中的栅极形成双栅结构。 在本发明的一种示例性实施例中，所述发光结构为： 黑磷薄膜设置在衬底上，二硫化钼薄膜设置在黑磷薄膜上。 本发明另一方面还提供一种具有异质结的中红外发光二极管的制备方法，包括： 在衬底上形成二硫化钼薄膜； 在惰性气体环境将黑磷薄膜转移到载玻片上，并将所述黑磷薄膜覆盖在二硫化钼 薄膜上，且黑磷薄膜和二硫化钼薄膜的能带关系呈现交错方式的能带排列； 置于200℃环境下烘烤； 在黑磷薄膜和二硫化钼薄膜上蒸镀分别形成第一电极和第二电极。 (三)有益效果 本发明的有益效果是：本发明实施例提供的具有异质结的中红外发光二极管及其 制备方法，通过黑磷薄膜与二硫化钼薄膜进行垂直堆叠形成范德华异质结，这两种材料的 能带关系呈现一种交错方式的II型能带排列，可以使异质结中电子和空穴有效分离，从而 在电激励的作用下，能有效的调动黑磷薄膜的在中红外区的电致发光，得到简易、高效且硅 基兼容性高的新型中红外发光二极管。 附图说明 图1为本发明实施例提供的一种具有异质结的中红外发光二极管的示意图； 图2为本发明实施例一中提供的一种基于黑磷-二硫化钼的中红外范德华异质结 发光二极管的结构示意图； 图3为本发明实施例一中提供的一种基于黑磷-二硫化钼的中红外范德华异质结 发光二极管的俯视图； 图4为本发明实施例一中提供的一种基于黑磷-二硫化钼的中红外范德华异质结 发光二极管的横截面图； 图5为本发明实施例一中的一种具有异质结的中红外发光二极管的制备方法的流 程图； 图6为本发明实施例二中提供的一种基于黑磷-二硫化钼的中红外范德华异质结 发光二极管的结构示意图； 图7为本发明实施例三中提供的一种基于黑磷-二硫化钼的中红外范德华异质结 4 CN 111554780 A 说　明　书 3/7 页 发光二极管的结构示意图； 图8为本发明实施例四中提供的一种基于黑磷-二硫化钼的中红外范德华异质结 发光二极管的结构示意图； 图9为本发明实施例四中的一种具有异质结的中红外发光二极管的制备方法的流 程图。 附图标记说明： 1：黑磷薄膜； 2：二硫化钼薄膜； 3：二氧化硅； 4：硅； 5：电极； 7：氮化硼； 8：顶栅； 100：中红外二极管； 110：衬底； 120：发光结构； 121：黑磷薄膜； 122：二硫化钼薄膜； 130：第一电极； 140：第二电极。