硅基材料高效发光——多孔硅电致发光的研究

本文介绍了多孔硅（ＰＳ）二次阳极氧化（Ａ０）过程中的电致发光现象，所设计的Ｍ／ＰＳ／Ｓｉ／Ｍ肖特基结构的二极管也观察到了电致发光，本文还对它们的发光机理做了粗略地讨论。并提出要使多孔硅电致发光器件实用化，还有许多问题有待进一步解决。     

硅发光研究

硅发光对于在单一硅片上实现光电集成是至关重要的．本文介绍了目前已有的使硅发光的方法：掺深能级杂质，掺稀土离子，多孔硅，纳米硅以及Ｓｉ／ＳｉＯ２超晶格，讨论了两种可能的发光机制：量子限制效应和表面复合效应．最后介绍了两个硅发光器件，表明硅发光器件的前景是光明的     

Si基高效率发光材料与器件的探索

发展硅基光电子学一直是人们关注追求着的一个诱人的目标，众所周知，半导体晶体管是构成微电子技术的关键基础，而发光，激光器件则将是光电子学的心脏部件，硅属间接带隙材料，发光效率至少比直接带隙的ＧａＡｓ低三个量级。探索硅基材料高效率发光的途径，已是当前科技界研究的热点，能带工程的应用为之展现出光明的前景。本文着重评述，由ＳｉＧｅ量子阱能带工程，Ｅｒ￣（３＋）发光中心离子注入掺杂工程，以及直接带隙β一ＦｅＳｉ＿２新材料工程的研究所取得的进展，并提出作者的若干初步想法的考虑。     

硅基材料高效发光——多孔硅光致发光研究

本文介绍了采用阳极氧化腐蚀工艺在单晶硅上制作多孔硅（ＰＳ）薄层，对ＰＳ薄层进行了微结构的分析为毫微结构量子线组成的复杂网络，其截面尺寸为纳米范围而纵向尺寸在微米量级。对ＰＳ样品光致发光谱的测定发现随阳极氧化电流密度和腐蚀时间的增加谱峰发生“兰移”并用ＰＳ的量子限制效应解释了上述实验现象。     

纳米硅／非晶硅多层膜室温可见光致发光研究

本文报道了在用等离子体增强化学汽相淀积法制备的氢化纳米硅（ｎｃ－Ｓｉ：Ｈ）／氢化非晶硅（ａ－Ｓｉ：Ｈ）多层膜中，未经任何后处理工艺，观察到室温可见光致发光（ＰＬ）．当ｎｃ－Ｓｉ：Ｈ层厚度由４．０ｎｍ下降至２．１ｎｍ时，ＰＬ峰波长由７５０ｎｍ兰移至７０８ｎｍ．本文将这种对量大于Ｓｉ单晶能隙的光发射归因于多层膜中ｎｃ－Ｓｉ：Ｈ子层的量子尺寸效应．     

激光合成纳米硅的可见发光

研究了激光ＣＶＤ合成纳米硅（平均粒径为１４ｎｍ）的可见发光特性。用３００－４５０ｎｍ波长激发时，在４００－６５０ｎｍ区间观测到了发射宽峰。首次发现粒径大于１０ｎｍ的纳米硅在室温下具有可见发光，该现象可用量子限制／发光中心模型来作定性解释。     

多孔硅的光致发光谱

本文介绍了用电化学腐蚀的阳极氧化工艺，在硅衬底上制备多孔硅（ＰＳ）薄膜，实验测定了多孔硅薄膜的光致发光谱（ＰＬ），发现光致发光谱峰值波长随阳极氧化时间、ＨＦ浸泡时间或置于空气中自然氧化时间增加而向短方向移动（“蓝移”）．文章用量子限制效应（ＱＣＥ）理论解释了上述实验结果，并提出了在多孔硅发光机制中还存在表面态及实物质在发光中的作用。     

多孔硅器件的电流诱导发光

本文介绍了多孔硅发光（ＬＥＰＯＳ）实验。多孔硅是在ＨＦ电解槽中通过电流把ｎ型硅阳极氧化制成的。用紫外光照射可得到可见光的光发射。在多孔硅层的顶部对固体接触层上施加交流或直流电压，可看到可见的电致发光（ＥＬ）。给出了两个实验的原始光谱。     

多孔硅的形成与光致发光谱

介绍了用阳极氧化腐蚀形成多孔硅的工艺，并分析了它的微结构，实验测定了多孔硅光致发光谱（ＰＬ），由ＰＬ谱的峰值位于可见光区，不同于Ｓｉ的带隙能量；用纳米量子限制效应（Ｑ－ＣＥ），解释了多孔硅中进入量子线中电子和空穴能量增量为ΔＥｃ和ΔＥｖ，于是多了孔硅有效带宽成为Ｅ＝Ｅ。＋ΔＥ。而Ｅ。是Ｓｉ的带宽为ｌ．０８ｅＶ，ΔＥｃ和上ΔＥｖ分别为ｈ２／４ｍｅｑ２和ｈ２／４ｍｈｑ２，由此计算与实验结果一致。     

Si基异质结构发光的研究现状

综述了Ｓｉ 基异质结构发光研究的现状。介绍了Ｓｉ 材料本身的本征发光、激子发光、杂质发光等特性,描述了掺Ｅｒ－ Ｓｉ 的发光、Ｓｉ 基量子结构（ 量子阱、量子点） 的光发射,重点研究ＳｉＧｅ／Ｓｉ 异质结构的发光性质。同时还对多孔Ｓｉ 发光、Ｓｉ 基发光二极管（ＬＥＤ） 与Ｓｉ 双极晶体管（ＢＪＴ） 集成、Ｓｉ 基上垂直腔面发射激光器（ＶＣＳＥＬ） 与微透镜的混合集成作了简要的介绍。     

InP衬底上的p－沟和n－沟异质结绝缘栅场效应晶体管

在ＩｎＰ衬底上用通常的晶格匹配（ｙ＝０．５３）和晶格失配（ｙ＞０．５３）Ｉｎ＿（０．５３）Ａｌ＿０．４８Ａｓ／Ｉｎ＿ｙＧａ＿（１－ｙ）Ａｓ层结构同时制作ｐ－沟和ｎ－沟曾强型异质结绝缘栅场效应晶体管（ＨＩＧＦＥＴ）。获得１μｍ栅长ｅ型ｐ－沟ＨＩＧＦＥＴ，其阈值电压约０．６６Ｖ，夹断尖锐，栅二极管开启电压０．９Ｖ，室温时非本征跨导＞２０ｍＳ／ｍｍ。相邻的（互补的）ｎ－小沟ＨＩＧＦＥＴ也显示ｅ型工作（阈值Ｖ＿ｔｈ＝０．１６Ｖ），低的漏电，０．９Ｖ栅开启电压和高跨导（ｇｍ＞３２０ｍＳ／ｍｍ）。这是首次报道在ＩｎＰ衬底上同时制作具有适合作互补电路特性的ｐ＿和ｎ－沟ＨＩＧＦＥＴ。     

用硅酸铕薄膜制作电发光器件

电发光器件对平面显示器和光电子集成电路都有用,为制作这种器件,对Ⅲ－Ⅴ族元素半导体材料和有机材料进行了广泛研究。然而,用这些材料制作的器件往往缺乏长期稳定性或缺少大面积的均匀发射。由于这些因素的限制以及用硅制作大规模集成电路的制造工艺的广泛应用,用硅制作电发光器件应是有益的。日本科技公司和筑波大学的研究人员已用溅射工艺在硅衬底上淀积了２μｍ厚的硅酸铕（ＥｕＳｉＯ）层,然后使此膜层在１０００°Ｃ的真空中退火１５分钟。所做成的器件在很大面积上呈现均匀光强的白光电发光发射,室温下的外量子效率约０．１％…     

多孔硅发光机制的分析

从量子力学的基本理论出发讨论了量子限制效应，推导出多孔硅有效禁带宽度增量并用量子限制效应和表面态及其物质在发光中作用的理论解释了ＰＳ光致发光的实验现象。     

MBE生长InGaAs／GaAs应变层单量子阱激光器结构材料的研究

采用ＶａｒｉａｎＧｅｎⅡＭＢＥ生长系统研究了ＩｎＧａＡｓ／ＧａＡｓ应变层单量子阶（ＳＳＱＷ）激光器结构材料。通过ＭＢＥ生长实验，探索了Ｉｎ＿ｘＧａ＿（１－ｘ）ｔＡｓ／ＧａＡｓＳＳＱＷ激光器发射波长（λ）与Ｉｎ组分（ｘ）和阱宽（Ｌ＿ｚ）的关系，并与理论计算作了比较，两者符合得很好。还研究了材料生长参数对器件性能的影响，主要包括：Ⅴ／Ⅲ束流比，量子阱结构的生长温度Ｔ＿ｇ（ＱＷ），生长速率和掺杂浓度对激光器波长、阈值电流密度、微分量子效率和器件串联电阻的影响。以此为基础，通过优化器件结构和ＭＢＥ生长条件，获得了性能优异的Ｉｎ＿（０．２）Ｇａ＿（０．８）Ａｓ／ＧａＡｓ应变层单量子阱激光器：其次长为９６３ｎｍ，阈值电流密度为１３５Ａ／ｃｍ￣２，微分量子效率为３５．１％。     

多孔硅发光—纳米硅量子海绵中的量子约束

多孔硅的发光是源自其最表面层,该层是非晶态的。本研究揭示其结构是随机分布在此表面的纳米尺度的硅。多孔硅的微结构好象量子海绵,没有观察到“线”状结构,是一种无序材料。多孔硅的发光极象是由于这种纳米硅原子簇中的量子限制。     

Zn_（0．65）Cd_（0．35）Se－ZnSe量子阱自电光效应器件的制备和

利用ＭＯＣＶＤ技术和光电子器件工艺成功地制备了Ｐ－ｉ－ｎ结构的Ｐ－ＺｎＳｅ－（Ｚｎ０．６５Ｃｄ０．３５Ｓｅ－ＺｎＳｅＭＱＷ）－ｎ－ＺｎＳｅ自电光效应器件（ＳＥＥＤ）。在这种自由光效应器件中，在反向偏置电压下实现了由量子限制斯塔克效应（ＱｕａｎｔｕｍＣｏｎｆｉｎｅｄＳｔａｒｋＥｆｆｅｃｔ）引起的电光调制。     

关于多孔硅发光的研究进展

关于多孔硅发光的研究进展ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｉｎＬｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔＰｏｒｏｕｓＳｉＫ．Ｈ．Ｊｕｎｇ等曾有研究表明，多孔硅层（ＰＳＬ）在４．２Ｋ的温度下具有可见的光致发光（ＰＬ）特性。近期对ＰＳＬ的观察表明在室温下也有一定强度的ＰＬ现象，这一特...     

多孔硅的发光机制与微结构

详细讨论了两种新的多孔硅发光机制理论（无序Ｓｉ网络结构和聚硅烷／氢化物发光）以及相应的实验支持。通过分析多孔硅的各种发光机制和多孔硅微结构研究，作者认为多孔硅不是仅有一种发光机制，不同的微结构和成分构成会产生不同的发光机制，其中量子限制效应和聚硅烷／氢化物发光是受到较多实验支持的，分别有微结构和成分决定的发光理论。     

纳米硅薄膜结构特性研究

在电容式耦合等离子体化学气相沉积系统中，使用高氢稀释硅烷为反应气体制备出了晶粒尺寸为２～１０ｎｍ的纳米微晶相结构的硅薄膜，使用高分辨电子显微镜（ＨＲＥＭ），Ｘ射线衍射谱（ＸＲＤ），Ｘ射线光电子能谱（ＸＰＳ）和红外光谱（ＩＲ）等结构分析手段检测了其结构特征．结果表明，纳米硅薄膜的晶格结构为畸变的金刚石结构．Ｘ射线衍射谱表明除了Ｓｉ（１１１）的２θ＝２８．５°和Ｓｉ（２２０）的２θ＝４７．３°处的衍射峰外，在２θ＝３２．５°处存在着一个强的异常峰．ＨＲＥＭ结果表明存在新的Ｓｉ结晶学结构与ＸＲＤ异常峰相关联．     

纳米硅/二氧化硅发光膜的窄发光带

用电化学方法制备了含有纳米硅点的光致发光二氧化硅膜,发现其激发谱分别在２４６ ｎｍ 及５０６ ｎｍ 附近有极大值。当激发波长在５０６ ｎｍ 附近时,观测到一个强度很弱但发射谱线宽度只有约０ ．０５ ｅＶ 的发光带,远小于２５０ ｎｍ 激发时的发射光谱的宽度（ 约０ ．５０ ｅＶ） 。此窄发光带的发光波长及峰型随激发波长的变化而变化,分析表明它起源于硅氧化合物中的纳米硅点,而短波长（２５０ ｎｍ） 光波激发时的宽发射谱主要来自于二氧化硅中的杂质与缺陷