眾所周知,硅因其間接帶隙結(jié)構(gòu)而發(fā)光效率低下,這嚴(yán)重限制了硅基光電集成的發(fā)展。因此,與現(xiàn)有硅基CMOS集成電路工藝兼容的光源成為硅基光電集成領(lǐng)域亟需解決的問題。在過去的近三十年間,人們提出了若干種實(shí)現(xiàn)硅基光源的方案。其中,硅基摻鉺（Er）氧化物半導(dǎo)體薄膜器件在¹.54?m處的電致發(fā)光（EL）正好落在石英光纖的最低損耗窗口,而且其制備工藝與現(xiàn)有CMOS工藝完全兼容。因此,研究硅基摻Er氧化物半導(dǎo)體薄膜器件的電致發(fā)光對發(fā)展硅基光電集成所需的光源具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文系統(tǒng)研究了硅基摻Er的ZnO薄膜器件的電致發(fā)光及其增強(qiáng)策略,取得如下主要創(chuàng)新成果:（1）利用射頻磁控濺射法在n型輕摻/重?fù)焦瑁╪-Si/n⁺-Si）外延片上沉積單摻Er的ZnO（ZnO:Er）薄膜和Er、F共摻的ZnO[ZnO:（Er,F）]薄膜,制備了ZnO:Er/n-Si/n⁺-Si和ZnO:（Er,F）/n-Si/n⁺-Si異質(zhì)結(jié)發(fā)光器件。在一定的正向偏壓下,兩種器件均發(fā)出僅與Er³⁺離子相關(guān)的可見光與^1<...

【文章頁數(shù)】：149 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖2-3摻Er的體硅中Er3+離子與體硅的相互作用[1]。

圖2-3展示了摻Er的體硅中Er3+離子與體硅的相互作用。如圖所示,主要有以下六個過程。I.電注入產(chǎn)生電子-空穴對;

圖2-4 ErO6聚合體的三種對稱構(gòu)型,Oh,C3v以及C4v[49]

許多研究者致力于研究硅中1.54μm發(fā)光與Er離子的對稱性的關(guān)系。擴(kuò)展X射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)譜(EXAFS)研究表明共摻氧的直拉硅中Er的發(fā)光位點(diǎn)是中間Er離子與周圍O離子有6配位的Er-O聚合體[48]。最簡單的6配位Er-O聚合體是6個O處于相同的頂點(diǎn)、Er處于中心的等八面體,即....

圖2-5藍(lán)寶石、硅襯底上750°C生長的Er摻雜GaN薄膜的光致發(fā)光譜。插圖為硅上GaN薄膜的紫外帶邊發(fā)光峰。PL測試在室溫下,用325 nm He-Cd激光激發(fā)[86]。

最早報(bào)道Er摻雜GaN發(fā)光材料的是A.J.Steckl和R.Birkhahn等人[86],他們利用MBE在硅襯底上制備了摻Er的GaN薄膜,觀測到薄膜發(fā)出較強(qiáng)的綠色發(fā)光540nm和560nm,如圖2-5所示,這兩個發(fā)光峰分別來源于Er離子的2H11/2—4I15/2和4S....

圖2-6藍(lán)寶石襯底上經(jīng)700°C熱處理的共摻氧的Er摻雜GaN薄膜的光致發(fā)光譜[87]

R.G.Wilson等人[87]最先報(bào)道了稀土Er離子摻雜GaN的1.54μm紅外光致發(fā)光。他們使用了共摻O的GaN作為基質(zhì)材料,稀土Er離子通過后續(xù)離子注入法注入進(jìn)入GaN薄膜中。如圖2-6所示,Er摻雜GaN薄膜的室溫光致發(fā)光強(qiáng)度與6K,77K下的光致發(fā)光強(qiáng)度相當(dāng),表....

本文編號：4057784