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a-Si:H中的光致Er荧光及缺陷荧光研究

赵谦  
【摘要】: Er从激发态~4I_(13/2)到基态~4I_(15/2)的4f内壳层激发,能够使其所掺杂的材料激发出1.54μm荧光。由于此波长与常用的Si基光纤的最小传输窗口对应,因而吸引了许多研究者从事Er掺杂材料的研究。有报道,Er掺杂a-Si光致荧光较Er掺杂c-Si有更高的发光效率。对于Er~(3+)在a-Si中的激发机制,曾有人提出了光致电子在Si悬挂键(Si DBs)上复合,将能量以非辐射的方式转移到近邻的Er~(3+)的理论。这个过程被称之为“缺陷相关俄歇激发(defect-related Auger-excitation,DRAE)”。 本文研究了N,Er的联合掺杂对a-Si的作用。所有样品采用射频辅助磁控溅射方法制备。随着N掺杂浓度的增加,Er PL的热猝灭效应下降。但Er PL的发光强度也随之减少。本实验还进一步研究了退火处理对Er掺杂a-SiN:H的Er PL的影响,发现Er掺杂a-SiN:H的Er PL强度由于退火而增加。 在DRAE模型中,Si DBs对Er~(3+)的激发起到了重要的作用。为了研究这种作用,我们制备了各种不同Si DBs密度的Er掺杂a-Si:H样品。本文采用以下三种方法改变Si DBs密度:(1) 在溅射环境中改变Ar:H_2气体比例;(2) 光照射;(3) 退火。在前两种方法中,Er PL的发光强度都随着Si DBs密度的增加而减少。在退火处理的情况下,Er PL的变化分为两个阶段:随着温度上升到250℃,Si DBs密度下降,Er PL的发光强度增加;随着温度继续上升到350℃,Er PL的发光强度也相应上升,但Si DBs密度也同向增加。Er PL强度的增加可能是由于退火引起的Er~(3+)化学结合环境的变化。 本文还研究了Si DBs在Er掺杂a-Si:H的缺陷PL(Defect PL)中的作用。Si DBs密度采用退火方法改变。随着Si DBs密度的增加,缺陷PL的强度减小。缺陷PL强度的减小可能是因为随着Si DBs密度的增加,与多声子有关的,从导带到悬挂键的非辐射通道迁移的增加而引起的。


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