硅中掺铒发光的研究现状和前景

硅在微电子学领域有着极其广泛的应用，但它是一种间接能隙半导体，发光器件领域是它的缺项，利用在硅中掺入发光中心─—铒，已经研制出一种新的发光二极管（Ｓｉ：ＥｒＬＥＤ），它的发光波长是１．５３μｍ，恰好满足石英光纤通信的要求。进一步提高输出功率后，Ｓｉ：ＥｒＬＲＤ将可用作光纤通信用的单片光电子集成电路的光源部件。介绍了Ｓｉ：Ｅｒ发光研究的现状，讨论它的发光机制及制约输出动率的因素，探讨提高ＬＥＤ性能的途径。     

掺铒硅基材料发光的新途径

关键词：     

基于发光机理提高掺铒硅基材料发光效率的几条途径

掺铒硅基发光材料可以用于制备光通信用光源、光纤放大器,更重要的是可能成为实现硅基光电子集成技术的重要途径,已成为研究的热点之一.文章讨论了掺铒硅及掺铒硅基材料的发光机理,指出了制约实用化方面存在的问题.从不同方面着重探讨了共掺氧对提高掺铒硅发光效率的作用.最后介绍了基于掺铒硅发光机理提高掺铒硅基材料发光效率的几种途径、目前存在的主要问题及研究进展.     

基于发光机理提高掺铒硅基材料发光效率的几条途径

掺铒硅基发光材料可以用于制备光通信用光源、光纤放大器，更重要的是可能成为实现硅基光电子集成技术的重要途径，已成为研究的热点之一．文章讨论了掺铒硅及掺铒硅基材料的发光机理，指出了制约实用化方面存在的问题．从不同方面着重探讨了共掺氧对提高掺铒硅发光效率的作用．最后介绍了基于掺铒硅发光机理提高掺铒硅基材料发光效率的几种途径、目前存在的主要问题及研究进展．     

掺铒硅多孔化后的光致发光特性

采用一种新的方法制备掺Er多孔硅.首先通过分子束外延法生长Er,O共掺的硅外延层,然后通过常规的电化学阳极腐蚀法将外延层制备成掺Er离子的纳米硅柱结构.由于实现了Er离子在多孔硅中沿深度方向的均匀分布,得到峰宽仅6nm的Er3+本征发光.同时,由于铒与氧共掺于硅柱内部,多孔硅不再需要通过高温后处理引入氧来实现铒的光学激活.实验还对多孔化前后,Er3+的发光强度作出直观的比较,讨论多孔硅可见光及红外光区域的发光对Er3+红外发射的影响. 关键词：     

掺铜及掺铝多孔硅的光致发光及其发光机理

分别将特定杂质铜和铝引入多孔硅后，观察到了杂质铜和铝所引起的附加发光带：对于没有掺铜的多孔硅，其光致发光谱只有一个发光带；而掺过铜的多孔硅，其光致发光谱出现两个发光带，其中能量较低的发光带随主发光带而变化。在掺铝多孔硅的光致发光谱中，则出现4个与铝杂质能级有关发光带。我们认为上述与杂质有关的发光带是由截流子在杂质深能级上复合所致。     

掺铒硅发光的晶场分裂

测量了掺铒硅的高分辨光致发光光谱，得到9条铒发光分裂谱线.利用群对称理论指出9条谱线来自Er³⁺中⁴I_13/2到⁴I_15/2光跃迁在T_d晶场下的分裂.Er³⁺的第一激发态⁴I_13/2最低能量的两个Stark能级为Γ₈，Γ₆(能量递增)，它们到基态⁴关键词：     

掺铒光纤放大器的增益特性

采用980nm无铝InGaAs/InGAsP/InGaP高功率量子阱激光器泵浦掺铒光纤放大器。在泵浦功率为20mW时,增益为33dB,最大增益系数6．7dB/mW,饱和输出功率为6dBm,并给出掺铒光纤长度和泵浦功率与增益特性的关系。以及输出功率与增益特性的关系。     

掺铒高硅氧玻璃光谱性质的研究

应用Judd-Oflet理论计算了新型掺铒高硅氧玻璃中铒离子的强度参量Ω_t(t=2,4,6)，Ω₂=8.15×10^-20，Ω₄=1.43×10^-20，Ω₆=1.22×10^-20，相比于其他氧化物玻璃，表现出较大的Ω_2,6值，反映了铒离子周围的近邻结构不对称性和Er-O键的离子键成分较高.利用McCumber理论计算得到了能级^{关键词： 掺铒高硅氧玻璃 Judd-Ofelt理论 量子效率}     

掺铒SiOx的光致发光特性

利用分子束外延设备生长了掺铒SiO_x,观察到铒掺入的同时O的掺入效率也得到提高.铒可以促进氧的掺入的原因是铒与氧在硅衬底表面反应，以络合物形式掺入硅中，从而提高了硅中氧的浓度.测量了铒在SiO_x中的光致发光特性，结果表明掺铒的SiO_x的发光强度从18K到300K仅下降了约1/2，这说明Er掺在SiO_x中是一种降低发光强度的温度淬灭效应的途径，最后讨论了温度淬灭的机制. 关键词：     

掺Er凝胶玻璃中Er离子发光性质的研究

用溶胶－凝胶方法合成了掺铒的二氧化硅玻璃。在室温下可产生１．５４μｍ波长的红外荧光。实验结果表明：荧光强度随掺杂浓度的不同而改变，并在０．５Ｗ％的掺杂浓度下出现最大值。当温度从４Ｋ升至３００Ｋ时，荧光强度下降了７４％。     

1.54 μm Light emission from Er/O and Er/F doped Si p–i–n diodes grown by molecular beam epitaxy

Various light emitting devices (LED) have been processed using Er/O- and Er/F-doped Si layered structures grown by molecular beam epitaxy (MBE) at low temperature. A comparative study has been carried out in order to provide more understanding of the electroluminescence (EL) excitation and de-excitation mechanisms in particular at a high injection current regime. Comparing the experimental results with model calculations the values of excitation cross section, σ_ex, and effective Auger coefficient, C_A, have been determined for various devices operated at different biases. Time-resolved EL measurements of these Er/O- and Er/F-doped MBE Si structures, using an experimental set-up with a time response of 200 ns, have been performed with different excitation conditions. Besides the spontaneous Er emission (700 μs), some fast EL decay processes associated with the Auger energy transfer via free carriers (4 μs), and the hot carrier effects (200 ns) have been identified.     

氧和铒共注入硅的卢瑟福背散射和发光研究

将铒和氧共注人硅中,卢瑟福背散射分析表明,退火后铒的分布剖面因共注入氧的剂量而异。在高氧剂量下,退火后铒保持退火前的剖面不变,样品再结晶良好。在中等氧剂量下,退火后铒的分布剖面出现双峰。认为退火过程中形成了铒—氧复合物。复合物的形成减缓了铒的偏析和扩散,影响了铒的削面再分布。铒和氧离子注入剂量的系列实验证实了氧在Er3+发光中有重要作用。     

多孔硅发光与量子尺寸效应的实验研究

利用电化学阳极腐蚀的方法制备了多孔硅膜,实验发现多孔硅膜为多层结构,表面层为纳米结构,其余为微米结构,多孔硅的物理及化学结构的研究表明多孔硅是一种表面上含硅、氧、氢、氟元素组成的化合物包覆着的纳米晶硅粒和微米硅丝.多孔硅的发光主要来自表面纳米结构层,亚微米结构层并未见发光,从实验上证实了多孔硅的发光与量子尺寸效应紧密关联.     

Si基Ge异质结构发光器件的研究进展

近年来,与Si的CMOS工艺相兼容的Ge/Si异质结构发光器件取得很多重要的进展。本文概述了Si基Ge异质结构发光器件的最新成果,如Ge/Si量子点发光二极管、Si衬底上的Ge发光二极管及激光器和Ge/SiGe多量子阱发光二极管,分别描述了这些器件的特点和增强其发光特性的途径。最后展望了Si基Ge异质结构发光器件的发展趋势,指出尽管Si基Ge异质结构发光器件获得了很大的发展,但是器件的发光效率仍然很低,离实用还有一定距离,还需要在材料和器件的结构方面有更多的创新。     

稀土Er离子注入InP晶体中Er发光中心的形成和光激发机制

用离子注入法对ＩｎＰ晶体实现高浓度稀土（ＲＥ）Ｅｒ的掺杂，探索了优质材料的制作规律和条件。在低温（１０－２００Ｋ）测量了光致发光谱（ＰＬ），观测到Ｅｒ的尖锐发光峰，其峰值波长１．５３８μｍ，其发光强度较大；研究了该材料的热退火行为，Ｅｒ发光中心的形成和光激活过程；用Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ背散射谱（ＲＢＳ）测量给出了热退火前后注Ｅｒ－ＩｎＰ晶体中Ｅｒ离子浓度的数值及深度分布；并对Ｅｒ发光中心的组成和光     

稀土元素Dy在MIM隧道结发光中的作用研究

制备了掺稀土元素Dy的MIM隧道发光结,得到结的发射光谱、伏安特性及对各层膜的成份分析,结果显示Dy元素的加入提高了MIM结的发光强度.讨论了Dy元素在提高MIM隧道结的发光效率中所起的作用.     

氮化镓基发光二极管产业化中的材料物理问题

第三代半导体氮化镓化合物半导体已成为蓝光发光二极管的主流材料，国际上的产业化已成规模，国内也有多家处于中试阶段，由于氮化镓基材料中有如此多的问题没有解决，材料制备设备，器件工艺也极需改进及优化，这既给了中国科研人员及工程技术人员一个机遇，也使他们面临着严峻的挑战。     

硅的等离子体色散效应及其应用

本文介绍了Si的等离子体色散效应,并应用它研制了Si的电光调制器和2×2电光开关,取得了满意的结果。     

硅基底液晶光阀的理论和工艺研究

本文介绍了一种新型空间光调制器——硅基底液晶光阀。阐述了该器件的工作原理和各膜层的制备过程。最后提出了两种薄双面抛光片的方法,它们是实现该器件实用化的关键工艺。