PDF《纳米技术与能带工程对 Si 基高效发光的促进》

5 所示.100 mA 下发光功率达 19. 8μW.获得最大发射功率为 80μW ,对应外量子效率为

10 -

3 ,与GaAs L ED 比较只差一个量级.室温响应时间约为 20μs.发光效率随环境温度变化缓 慢 ,类似于量子点的发光特性. 图4B++注入 Si-pn 结LED 结构示意及 室温 IΟ V 特性 图5B++LED 不同温度下 EL 发光谱 ,正向 注入电流为

50 mA

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3 物理学进展22 卷 发光机制应是起源于 nc- Si 的带间辐射跃迁.用於上述器件的制作工艺与微电子完 全兼容.值得斟酌的是如此高密度位错环的存在是否会产生攀移活动 ,其稳定性如何 ,它 关系到发光效率的退化 ,也可能会对周围的微电子器件性能产生不利的影响.如果采取 另一些有效措施 ,使位错环的直径进一步缩小 ,使之达到更有效的三维量子限制 ,或许发 光效率还能得到进一步提高 ,同时发光峰值波长还可能进一步蓝移.这是值得进一步深 入研究的课题 ,是一项振奋人心的重要进展. 由于 QCLC 模型只适用于较厚层 SiO2 的多孔 Si 发光情况.因为只在 >

10 nm 厚的 SiO2 层中才可能存在高密度的局域态缺陷能级 ,而多孔 Si 的Si 柱只存在二维量子限制 , 第三个维度仍为宏观尺寸 ,因此在 Si 柱中的带间跃迁仍需声子协助 ,於是 Si 柱中的带间 跃迁几率仍然很小 ,这才使得大量的注入载流子有可能穿越 Si- SiO2 界面 ,为SiO2 的LC 发光中心所俘获. 突破 QCLC 模型的制约的思路是采用超薄层 ( <

10 nm) SiO2 的同时 ,使Si 层形成三 维量子限制的纳米结构.在增大了 Si 中带间跃迁几率的同时 ,又减小了 SiO2 层中缺陷 的LC 浓度 , 从而有可能得到 nc- Si 的直接发光.1995 年Lu Z. H , Lockwood[5 ] 在《Nature》 上首先报导了在 MBE 生长的α - Si/ SiO2 超晶格中获得了强的可见光发射 ,峰值 能量在 1. 6~2.

3 eV 之间 ,并观察到随α - Si 层厚度(1~3 nm) 的减小而产生的蓝移现象 , 从而证实了在与多孔 Si 不同的 nc- Si 结构中可以获得量子限制发光.

2000 年范希武等人[12 ] 用溅射方法沉积α - Si/ SiO2 多层纳米层 ,也得到了同样结果 , 并做成了交流场致发光器件. 另一个思路是鲍希茂等人[13 ] 于1995 年提出的 ,采用α - Si : H 代替 SiO2 ,用施加负偏 置的 PECVD 法在 50~150 ℃ 温度下 ,制备了 nc- Si/α - Si : H 超晶格 ,层厚分别为 1. 6Ο 4.

0 nm 和8.

0 nm.由於非晶态α - Si : H 的带隙比 Si 大 ,对 Si 中载流子具有限制效应.而α-Si :H又不存在 SiO2 中的高浓度 LC 缺陷能级.由於他们成功地获得了低电阻率的α - Si :H ,从而实现了电注入的可见光发射 ,峰值分别是 630~680 nm 和730 nm ,HWFM 为0.

36 eV和0.

18 eV ,对应於........