硅锗薄膜上低维结构的PL发光的物理模型

采用高温氧化（800℃）和激光辐照低温氧化（300℃）的方法以及用激光直接辐照方法,在硅锗合金薄膜上生成锗纳晶。这两种方法所生成的锗纳晶所对应的光致发光（PL）在可见光范围。其中在606nm处有很尖锐的发光峰。经比较发现：低温氧化的样品所对应的PL光谱比高温氧化的PL光谱有明显的蓝移;在606nm处的PL光谱峰位没有变化;高温氧化的样品在606nm处PL光谱的强度明显增强。提出量子受限和锗纳晶与氧化硅的界面态综合发光模型来解释其PL光谱的产生及变化。     

多孔硅激光

我们用波长为1064nm的纳秒脉冲激光在硅表面打出小孔结构,然后再做高温退火处理形成了硅的纳米氧化低维结构.在514nm激光泵浦下,发现该结构在700nm和750nm处有很强的受激辐射发光(PL).实验中发现:该PL发光有明显的阈值表现和激光增强效应,证明该PL发光确实是光致受激发射.计算給出氧化界面态模型来解释该光致受激发光机理,其中Si=O和Si-O-S的键合可以产生氧化陷阱态,关键在于该氧化陷阱态与价带顶空穴态之间能够形成粒子数反转.为硅基上激光器件的光电子集成研发开辟了新的途经.     

氧化纳晶硅的光致荧光

观测到纳晶硅表面上氧化结构在692nm和694nm处的尖锐受激发光。这种辐射是514nm激光泵浦发生的。受激发光峰的半高宽为0．5nm（洛伦兹形分布）。这种特殊的纳晶硅氧化结构是通过激光辐照和退火处理后形成的,只有控制好退火的时间,才能出现强烈的受激发光。解释这种受激辐射的模型已提出,其中多孔纳晶硅与氧化硅界面的陷阱态起着重要的作用。     

激光作用于单晶硅样品后的强荧光效应

将功率为75W、波长为1064nm的YAG激光束照射在单晶硅样品上,形成的孔状结构有很特殊的表面形貌.特别是在孔内的侧壁上,有很特殊的网孔形结构,这里有很强的受激荧光发光效应,光致荧光谱峰在710nm处.本文中介绍了单纯激光加工生成多孔硅和纳晶硅样品的方法,观察和分析了样品中的低维纳米结构、氧化分布及其发光特性,特别注意到样品孔洞中的侧壁上的网孔形结构的强荧光效应.我们用量子受限效应结合硅晶与氧化硅界面态复合的综合模型来解释其光致发光的增强机理.     

硅基上低维结构的受激发光

用514nm 激光抽运纳晶硅样品时,我们观测到表面上氧化结构在692nm 和 694nm处的尖锐受激发光,其明显的阈值行为证明了它的受激辐射特性.纳晶硅氧化结构通过激光辐照和退火处理来形成.解释这种受激辐射的模型已提出,其中纳晶硅与氧化硅之间的陷阱态起着重要的作用.     

激光辐照单晶硅样品的研究

将功率为30W、波长为1064nm的YAG激光束(束斑直径0.045mm)照射在硅样品表面打出小孔,在孔内的侧壁上有很特殊的网孔状结构,其中的网孔壁厚为纳米尺度,解释孔侧壁网孔状结构的机理.孔侧壁上的网孔状结构有很强的受激荧光发光效应,发光峰中心约在700nm处.当样品在加工和检查过程中保持脱氧状态时,其样品几乎没有发光,证实了氧在PL发光增强上起着重要作用.我们用量子受限及其纳晶与氧化硅界面态复合的综合模型来解释其光致发光的增强机理     

激光辐照加工的硅氧化结构的受激发光(英文)

我们用1064nm脉冲激光在硅表面加工出小孔结构,再作高温退火处理形成硅氧化纳米结构,发现该结构在692和694nm波长处有很强的光致受激发光(PL).通过进一步实验发现:该PL发光有明显的阈值表现和光泵线性增强效应,证明该PL发光确实是光致受激辐射.我们提出氧化界面态模型来解释光致受激发光机理,在氧化界面态与价带顶空穴态之间形成粒子数反转.这项工作为硅基上发光器件的光电子集成研发开辟了新的途经.     

激光作用生成的网孔硅结构

作者结合量子受限效应,提出纳硅晶与氧化硅界面态发光模型来解释激光作用生成的纳米网孔壁结构的强荧光效应。将功率为50W、波长为1064nm的YAG激光束(束斑直径0.05mm)照射在硅样品表面打出小孔,在孔内的侧壁上,有很特殊的网孔形结构,其中的网孔壁厚为纳米尺度,这里有很强的受激荧光发光效应,发光峰中心约在700nm处。我们将激光与硅样品的作用隔离于无氧化的环境里,分别比较了将硅样品浸入酒精、氢氟酸和水中的激光加工结果,其发光情况证实了该发光模型的真实性。优化激光加工的条件,我们获得了较强发光的样品。     

激光作用生成的纳晶硅与氧化硅界面态发光模型

我们结合量子受限效应,提出纳硅晶与氧化硅界面态发光模型来解释激光作用生成的纳米网孔壁结构的强荧光效应.将功率为50W、波长为1 064nm的YAG激光束(束斑直径0.05mm)照射在硅样品表面打出小孔,在孔内的侧壁上,有很特殊的网孔形结构,其中的网孔壁厚为纳米尺度,这里有很强的受激荧光发光效应,发光峰中心约在700nm处.我们将激光与硅样品的作用隔离于无氧化的环境里,分别比较了将硅样品浸入酒精、氢氟酸和水中的激光加工结果,其发光情况证实了该发光模型的真实性.优化激光加工的条件,我们获得了较强发光的样品.     

激光辅助刻蚀硅锗合金样品生成低维片状结构的PL发光

我们用激光辐照辅助电化学刻蚀法在硅锗合金上形成了多种氧化低维纳米结构,特别是硅锗合金薄膜裂解后生成条形片状结构,其条形片表面有纳米颗粒分布。发现这些纳米颗粒经空气氧化后在波长为760nm和866nm处有较强的光致荧光(PL)峰,高温退火后其PL峰(643nm和678nm)有明显的蓝移。实验结果支持量子受限(QC)发光模型。该项工作为制备硅和锗的强发光材料提供了新的方法。     

碳化硅薄膜的光学特性研究

采用螺旋波等离子体增强化学气相沉积(HW-PECVD)技术制备了纳米晶碳化硅(nc-SiC)薄膜,利用傅立叶红外吸收谱(FTIR)、X射线衍射谱(XRD)、紫外-可见透射光谱(UV-Vis)和光致发光谱(PL)对薄膜的结构、光学带隙、发光特性等进行了测量和分析.结果表明,所沉积薄膜主要以Si-C键合结构存在,薄膜中包含有立方结构的3C-SiC晶粒,光学带隙2.59 eV,室温下薄膜表现出强的可见蓝色光致发光,发光峰位随氙灯激发波长的增加呈现红移现象,并将此发光归因于量子限制效应作用的结果.     

Photoluminescence and Electroluminescence on Nanosilicon Deposited by Yb

Dynamics of photoluminescence（ PL） and electroluminescence（ EL） on nanosilicon deposited by Yb is investigated. The sharper PL peaks near 700 nm are observed on silicon quantum dots（ Si QDs） coated by Yb. The enhanced EL peaks in the wavelength region from 1 200 nm to 1 600 nm are measured on silicon film deposited by Yb. It is discovered that the EL intensity enhances and the peaks number increases with increasing number of Si-Yb layers. The emission wavelength could be manipulated into the window of optical communication by SiYb bonding on nanosilicon. Si-Yb quantum cascade and PIN hybrid light-emitting diode is designed to apply in optical communicating,which is suitable to be integrated on silicon chip.     

Blue photoluminescence from nanocrystalline porous silicon structure fabricated by high-current pulsed electron beam irradiation

N-type Si （111） wafers have been processed by high-current pulsed electron beam （HCPEB） treatment with an increasing number of irradiation （1, 10 and 20 pulses）. The results of this work show that a highly porous nanostructure was formed after irradiation. Moreover, the high-density Si nanocrystals （Si-ncs） about 3 nm were distributed on the surface of Si wafers and exhibited 3.02 eV Photoluminescence （PL） emission in blue band. The PL intensity increases with the increase in the Si-ncs＇ density in accordance with the quantum confinement model, which can be ascribed to the different pulse time of HCPEB treatment. The possible formation mechanisms of micropores and Si-ncs are discussed.     

SiOP介质膜及其对InGaAsP/InP量子阱激光结构混合无序的影响

用等离子体增强化学沉积(PECVD)方法制备了一种新的电介质薄膜—SiOP,用X射线光电子谱(XPS)和光荧光(PL)研究了膜的结构及膜对1.55μmInGaAsP/InP量子阱激光结构带隙的影响.XPS分析表明,该膜中存在SiO和PO键,P(2p)态键能为134.6eV.PL测量首次获得223.6meV的最大带隙蓝移.该技术在光子集成和光电子集成电路(PIC's,OEIC's)中有广泛的应用前景.     

硅量子点表面钝化的发光研究

通过第一性原理模拟计算发现，对硅量子点表面的钝化条件不同，引入的局域态也不同。我们分别用Si=0和Si-O-Si键对量子点表面进行钝化，在带隙中引入了局域态；而分别用Si—H和岛一OH键对量子点表面进行钝化，在带隙中没有引入任何局域态。结合硅量子点的制备实验和发光的检测，可以解释硅量子点在不同条件下的发光机理。     

纳秒脉冲激光制备的纳米硅光致发光研究

在氧气、空气或氮气环境中,用脉冲激光辐照加工出的纳米硅有较强的PL发光,将这些PL光谱进行高斯去卷积处理,可以得到不同的子峰,这是因为在氧气、空气或氮气中加工出的纳米硅能带带隙中有与氧和氮有关的局域态。结合 计算结果,在纳米硅中Si=0双键和si—N键等可引入的局域态对PL发光有贡献。     

氧化多孔硅和纳米硅粒镶嵌氧化硅光致发光机制模型

关于纳米硅／氧化硅系统的光致发光(PL)机制，有很多争议．该系统包括氧化多孔硅(PS)和用化学气相沉积、溅射或硅离子注入氧化硅等方法形成的纳米硅粒(NSP)镶嵌氧化硅．提出二种PL竞争机制：量子限制(QC)过程和量子限制-发光中心(QCLC)过程．两个过程中光激发都发生在NSP中，光发射在QC过程是发生在NSP中，而在QCLC过程是发生在与NSP相邻的氧化硅中的发光中心上．对两种过程的几率大小进行比较．哪一过程对PL起主要作用，取决于俘获截面、发光效率、发光中心密度和NSP的尺寸．对于一个有固定的俘获截面、发光效率和LC密度的纳米硅／氧化硅系统，LC密度越高，NSP尺寸越大，越有利于QCLC过程超过QC过程，反之亦然．对于固定的发光中心参数，NSP尺寸有一个临界值，当NSP的最可几尺寸大于临界值，QCLC2过程主导发光，当NSP的最可几尺寸小于临界值时，QC过程主导发光，当NSP大小接近临界值时，Qc与QCLC都要考虑在内．利用这个模型讨论了一些已报导的纳米硅／氧化硅系统PL的实验结果．     

硅基低维结构的电子态和光学性质

Canham的文章发表以后，引起了世界范围的研究热潮，目的是实现硅基的集成光电子技术．其中一个主要的研究方向是多孔硅的发光机制．根据各自的实验结果提出了不同的模型：量子限制、表面态复合、硅氧烷及其衍生物、以及声子辅助跃迁等．同时开始了理论计算，方法包括：紧束缚、经验赝势、和基于局域密度泛函的第一原理方法等．大部分理论计算研究的是量子限制对多孔硅和纳米硅晶发光的效应．计算得到的辐射寿命比直接能隙GaAs中激子的长得多，说明量子限制不能完全解释多孔硅的高发光效率．提出了一个经验赝势的同质结模型来计算多孔硅和纳米硅晶的电子结构．多孔硅的波函数用一组体Si波函数展开，它们的波矢满足周期性边界条件．利用简并微扰论计算了S量子线、量子孔、量子阱层和棱柱晶粒的电子态和光跃迁几率(寿命)．用紧束缚集团模型研究了表面键饱和对Si纳米晶体发光的效应．取表面Si原子的悬键与吸附原子之间的相互作用能量Vs为不同的值，代表不同的吸附原子．发现当Vs的绝对值变小时，能隙减小，同时跃迁几率增加约2个数量级．     

锗量子点超晶格的光学特性

对自组装生长的Ge量子点超晶格样品进行了光荧光谱(PL谱)和拉曼散射谱(Raman谱)实验测量研究．对Si的TO发光峰和Ge的发光峰特征进行了深入讨论，通过对变温PL谱的拟合及分析提出了对Ge量子点尺寸和其电子有效质量一种新的测评方法；首次在非共振Raman模式下观测到低频声子模，研究了样品的结构组份、应变及声子限制效应问的关联性．