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1、硅基发光材料研究进展摘要：硅基发光材料是实现光电子集成的关键材料。本文分析了传统工艺制作的硅基发光材料存在发光效率低、发光性能不稳定等缺点，在此基础上，总结目前量子理论、超晶格理论和纳米技术在硅基发光材料研究进展以及多孔硅的实践应用，并对硅基发光材料的前景进行展望。关键词硅基发光材料多孔硅量子限制效应Abstract:Si-basedlightemittingmaterialisthekeymaterialofoptoelectronicintegration.Thispaperanalyzesth
2、etraditionalcraftofSi-basedlightemittingthatexiststhedefects,suchastheinefficiencyandtheunsteadypropertyoflightemitting,andsumsupthecurrentprogressesofquantumtheory,superlatticetheory,nano-scaletechnologyintheSi-basedlightemittingmaterialandtheappliedo
3、fporoussilicon.AlsosomeprospectsofSi-basedlightemittingmaterialismentionedinthisparperKeywordsSi-basedlightemittingmaterialporoussiliconQuantumconfinementeffect１２目录：1引言…………………………………………………（3）2早期Si基发光材料的研究…………………………（3）2.1缺陷工程………………………………………（3）2.2杂质发光…………
4、……………………………（3）2.3能带工程………………………………………（4）2.4异质外延………………………………………（4）3发光多孔硅…………………………………………（4）3.1多孔硅的制作…………………………………（4）3.2多孔硅发光微观结构与发光机理……………（5）3.3多孔硅光致发光光谱…………………………（7）3.4多孔硅应用研究的展望………………………（7）4硅基发光材料研究进入多孔硅的后续发展阶段…（8）4.1硅基多孔SiC蓝光发射材料…………………（8）4.2离子注入硅基SiO
5、2发光薄膜………………（9）4.3硅基低维发光材料……………………………（10）5结束语………………………………………………（11）引用文献………………………………………………（12）１２1.引言硅不仅电学性质良好，许多光电性质也比较优越。但是,因为硅是间接带隙材料,发光效率很低(在近红外区其效率为,硅的导带底不在布里渊区的中心,而是在(110)方向轴上0.85()处,所以一共有6个等价的导带极小,当电子从价带被激发至导带,通过与晶格的相互作用,放出声子,弛豫至导带,由于价带顶在布里渊区的中心,波矢
6、为零的电子不能直接由导带底跃迁至价带顶发出光子,它只能通过同时发射或者吸收一个声子,间接跃迁至价带顶,这种间接跃迁的几率比直接跃迁的几率小得多,导致其发光效率非常低。基于上面硅的所具有的缺点，人们曾经想过用可发光的直接带隙材料（如砷化钾）来替代。但是由于无法发展出一套可以与硅抗衡的平面工艺和集成技术，在微电子集成和光电子集成方面始终未能取代硅。于是人们把光电子集成基础材料的希望又转向了硅。本文主要介绍了早期Si基发光材料、发光多孔硅以及在发光多孔硅带动下硅基发光材料的新发展。2．早期Si基发光材料的
7、研究长期以来，人们在硅基发光材料研究上作了坚韧不拔的努力。几乎在硅集成技术和硅平面工艺发展的每一个阶段,人们都曾运用各种工艺技术来探索硅基发光材料。下面仅列举几个主要研究方面。2．1 缺陷工程缺陷工程的基本思想是在硅单晶中引入光活性缺陷中心,它可以由辐照损伤引入,也可以由杂质引起某种结构缺陷。通过这些缺陷中心实现无声子跃迁而发光.等电子陷阱是一个典型例子。它是在硅中掺入与硅同族(ⅣA族)的杂质,如C,Ge,Sn或Pb,可形成等电子陷阱,它们是辐射复合中心.在掺C的硅中可观测到无声子跃迁,但发光效率很
8、低。有趣的是,在非直接带隙的GaP中掺入等电子陷阱杂质氮,却实现了高效率无声子复合,制出了高效发光二极管。2.2 杂质发光硅中掺入某些杂质，可在禁带内引入辐射复合中心。１２一个典型例子是,硅中掺稀土元素铒形成发光中心。发光波长为154μm,这正是光纤的低损耗窗,所以倍受重视。只可惜铒在硅中的固溶度很低,仅为5×1018cm-2,难以获得强光发射。近年来人们用铒与氧共注入提高了铒的固溶度。2.3 能带工程用一种或多种Ⅳ族元素与硅形成合金,改变其能带结构,使竖直跃迁成为可
