增強硅中摻鉺發光強度的途徑研究

發光的激發和退激發過程：先討論激發過程。一般來說，Er離子被激發可以有光子激發和電子激發兩種可能性。光子激發是入射光子直接將Er的4f基態能級上的電子激發到較高的能級上去，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光和電致發光(EL)來說，光子激發不是主要的。電子激發又稱載流子中介激發。它可以有兩種方式，如圖3所示。圖3(a)是激子復合激發，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基態激發到第一激發態4I13／2(過程3)。另一種電子激發過程稱為載流子碰撞激發，如圖3(b)所示。它發生在P-N結反向偏壓下的EL中。 P-N結勢壘區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)，激發其4f電子(過程3)。