硅基掺锰富硅氧化硅薄膜的电致发光

摘要

硅光子学中的关键问题是研制高效率的硅基光源,文章为此提出了一种实现硅基发光的方法.采用共溅射的方法在n+型重掺杂硅衬底上制备了富硅氧化硅(SiO2:Si)薄膜,然后用热扩散法进行了锰(Mn2+)掺杂和光学活化.高分辨透射电镜观察表明薄膜中形成了3～5 nm的硅纳米晶体.该薄膜在紫外光照射下发射出明亮的绿光,光致发光谱峰位在524 nm(2.36 eV),一般认为这是来自Mn2+能级4T1→6A1基态跃迁的绿光辐射;其荧光寿命为0.8 ms.将该掺锰富硅二氧化硅(SiO2:Si:Mn2+)做成电致发光结构,在低反偏电压下观察到近乎白色的电致发光(EL),光谱范围覆盖了400～800 nm.研究表明,该电致发光谱来源于薄膜中的Mn2+以及氧化硅中的缺陷发光中心两者光谱的叠加;Mn2+的发光是靠薄膜中的热电子来激发的;并由此探讨了薄膜中的硅纳米晶体在电致发光过程中的作用.