硅基掺铒氧化锌薄膜器件的电致发光及其增强

发布时间：2025-07-19 01:43

　　众所周知,硅因其间接带隙结构而发光效率低下,这严重限制了硅基光电集成的发展。因此,与现有硅基CMOS集成电路工艺兼容的光源成为硅基光电集成领域亟需解决的问题。在过去的近三十年间,人们提出了若干种实现硅基光源的方案。其中,硅基掺铒（Er）氧化物半导体薄膜器件在¹.54?m处的电致发光（EL）正好落在石英光纤的最低损耗窗口,而且其制备工艺与现有CMOS工艺完全兼容。因此,研究硅基掺Er氧化物半导体薄膜器件的电致发光对发展硅基光电集成所需的光源具有重要的现实意义。本文系统研究了硅基掺Er的ZnO薄膜器件的电致发光及其增强策略,取得如下主要创新成果:（1）利用射频磁控溅射法在n型轻掺/重掺硅（n-Si/n⁺-Si）外延片上沉积单掺Er的ZnO（ZnO:Er）薄膜和Er、F共掺的ZnO[ZnO:（Er,F）]薄膜,制备了ZnO:Er/n-Si/n⁺-Si和ZnO:（Er,F）/n-Si/n⁺-Si异质结发光器件。在一定的正向偏压下,两种器件均发出仅与Er³⁺离子相关的可见光与^1<...

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【部分图文】：

图2-3掺Er的体硅中Er3+离子与体硅的相互作用[1]。

图2-3展示了掺Er的体硅中Er3+离子与体硅的相互作用。如图所示,主要有以下六个过程。I.电注入产生电子-空穴对;

图2-4 ErO6聚合体的三种对称构型,Oh,C3v以及C4v[49]

许多研究者致力于研究硅中1.54μm发光与Er离子的对称性的关系。扩展X射线吸收精细结构谱(EXAFS)研究表明共掺氧的直拉硅中Er的发光位点是中间Er离子与周围O离子有6配位的Er-O聚合体[48]。最简单的6配位Er-O聚合体是6个O处于相同的顶点、Er处于中心的等八面体,即....

图2-5蓝宝石、硅衬底上750°C生长的Er掺杂GaN薄膜的光致发光谱。插图为硅上GaN薄膜的紫外带边发光峰。PL测试在室温下,用325 nm He-Cd激光激发[86]。

最早报道Er掺杂GaN发光材料的是A.J.Steckl和R.Birkhahn等人[86],他们利用MBE在硅衬底上制备了掺Er的GaN薄膜,观测到薄膜发出较强的绿色发光540nm和560nm,如图2-5所示,这两个发光峰分别来源于Er离子的2H11/2—4I15/2和4S....

图2-6蓝宝石衬底上经700°C热处理的共掺氧的Er掺杂GaN薄膜的光致发光谱[87]

R.G.Wilson等人[87]最先报道了稀土Er离子掺杂GaN的1.54μm红外光致发光。他们使用了共掺O的GaN作为基质材料,稀土Er离子通过后续离子注入法注入进入GaN薄膜中。如图2-6所示,Er掺杂GaN薄膜的室温光致发光强度与6K,77K下的光致发光强度相当,表....

本文编号：4057784