增強硅中摻鉺發(fā)光強度的途徑研究
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1．2 摻鉺硅的發(fā)光機理
一般認為，摻鉺硅的發(fā)光來源于Er離子的4f能級間的躍遷，如圖2所示。在解釋具體的發(fā)光機理時，必須說明Er離子在硅中的激發(fā)和退激發(fā)過程，并以此來解釋實驗現(xiàn)象。對機理的了解有助于從實驗上來提高摻鉺硅的發(fā)光效率，克服其溫度猝滅和提高發(fā)光的調制頻率。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/155896.htm
發(fā)光的激發(fā)和退激發(fā)過程：先討論激發(fā)過程。一般來說，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)能級上的電子激發(fā)到較高的能級上去，但是，由于Er3+的光吸收截面非常小，只有1×10-20cm2，所以對有效的光致發(fā)光和電致發(fā)光(EL)來說，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)是激子復合激發(fā)，在摻鉺硅的PL和P-N結正向偏壓作用下的EL都屬于這一種機理。其過程為：由光照或由P-N結電注入在Si中產生電子空穴對，然后通過受陷于一個與Er相關的位于禁帶中的能級而成為束縛激子，激子復合后產生能量(圖中過程1)，該能量從半導體轉移到Er的4f殼層(過程2)，使4f電子從4I15／2基態(tài)激發(fā)到第一激發(fā)態(tài)4I13／2(過程3)。另一種電子激發(fā)過程稱為載流子碰撞激發(fā)，如圖3(b)所示。它發(fā)生在P-N結反向偏壓下的EL中。 P-N結勢壘區(qū)中的載流子受到強電場的作用而加速成為熱載流子，處于導帶內高能量狀態(tài)上，當它的動能大于0．81 eV時，就有可能通過與晶格碰撞而失去能量(過程1)，這部分能量轉移給Er(過程2)，激發(fā)其4f電子(過程3)。
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