增強(qiáng)硅中摻鉺發(fā)光強(qiáng)度的途徑研究

發(fā)光的激發(fā)和退激發(fā)過(guò)程：先討論激發(fā)過(guò)程。一般來(lái)說(shuō)，Er離子被激發(fā)可以有光子激發(fā)和電子激發(fā)兩種可能性。光子激發(fā)是入射光子直接將Er的4f基態(tài)能級(jí)上的電子激發(fā)到較高的能級(jí)上去，但是，由于Er3+的光吸收截面非常小，只有1×10-20cm2，所以對(duì)有效的光致發(fā)光和電致發(fā)光(EL)來(lái)說(shuō)，光子激發(fā)不是主要的。電子激發(fā)又稱載流子中介激發(fā)。它可以有兩種方式，如圖3所示。圖3(a)是激子復(fù)合激發(fā)，在摻鉺硅的PL和P-N結(jié)正向偏壓作用下的EL都屬于這一種機(jī)理。其過(guò)程為：由光照或由P-N結(jié)電注入在Si中產(chǎn)生電子空穴對(duì)，然后通過(guò)受陷于一個(gè)與Er相關(guān)的位于禁帶中的能級(jí)而成為束縛激子，激子復(fù)合后產(chǎn)生能量(圖中過(guò)程1)，該能量從半導(dǎo)體轉(zhuǎn)移到Er的4f殼層(過(guò)程2)，使4f電子從4I15／2基態(tài)激發(fā)到第一激發(fā)態(tài)4I13／2(過(guò)程3)。另一種電子激發(fā)過(guò)程稱為載流子碰撞激發(fā)，如圖3(b)所示。它發(fā)生在P-N結(jié)反向偏壓下的EL中。 P-N結(jié)勢(shì)壘區(qū)中的載流子受到強(qiáng)電場(chǎng)的作用而加速成為熱載流子，處于導(dǎo)帶內(nèi)高能量狀態(tài)上，當(dāng)它的動(dòng)能大于0．81 eV時(shí)，就有可能通過(guò)與晶格碰撞而失去能量(過(guò)程1)，這部分能量轉(zhuǎn)移給Er(過(guò)程2)，激發(fā)其4f電子(過(guò)程3)。