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《含纳米锗粒二氧化硅薄膜的光致发光研究_马书懿》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、------------------------------------------------------------------------------------------------含纳米锗粒二氧化硅薄膜的光致发光研究_马书懿第47卷第3期1998年3月1000-3290/98/47(3)/0502-06物 理 学 报ACTAPHYSICASINICAVol.47,No.3,March,1998c1998Chin.Phys.Soc.含纳米锗粒二氧化硅薄膜的光致发光研究马书懿 张伯蕊 秦国刚(北京大学物理系,北京 100871)韩和
2、相 汪兆平 李国华(中国科学院半导体研究所,半导体超晶格国家重点实验室,北京 100083)马振昌 宗婉华(电子工业部第十三研究所,石家庄 050051)(1997年6月23日收到) 以锗-二氧化硅(GSO)复合靶作为溅射靶,改变靶上锗与总靶面积比为0%,5%和10%,用射频磁控溅射方法在p型硅衬底上淀积了含锗量不同的三种二氧化硅薄膜.各样品分别在氮气氛中经过300至900℃不同温度的退火处理.通过对样品所作Raman散射光谱的分析,发现随着锗在溅射靶中面积比的增加,所制备的氧化硅薄膜中纳—————————————————————————
3、—————————————------------------------------------------------------------------------------------------------米锗粒的平均尺寸在增大.确定出随着退火温度由600℃升高到900℃,GSO(5%)样品中纳米锗粒的平均直径由5.4nm增至9.5nm.含纳米锗粒大小不同的二氧化硅薄膜的光致发光谱中都存在位于2.1eV的发光峰,它并不随纳米锗粒的存在与否或纳米锗粒的尺寸而改变,对于以纯二氧化硅靶制备的二氧化硅膜的光致发光谱中还多出两个位于1.9
4、和2.3eV的发光峰.以上实验结果与量子限制模型的推论相矛盾,却可用量子限制/发光中心模型予以解释.PACC:7360F;7830;78551 引言由于硅基发光材料在光电集成方面的重要性,除了对多孔硅[1]、锗硅超晶格[2]进行了大量研究之外,对含纳米硅粒的氧化硅薄膜的光致发光也已进行了相当广泛深入的研究.与此同时,对含纳米锗粒的氧化硅薄膜的光致发光也有了一些研究[3—5],有的研究者对其光致发光机制所提出的模型与Canham[6]在解释多孔硅室温下能发射强可见光时提出的模型相同,如Kanemitsu等[7],Maeda[8]和Dutta[
5、9]认为光激发与光发射均发生在纳米锗粒之中,由于量子限制效应,纳米锗粒的禁带宽度较体锗(0.67eV)有明显的增加,因此能发射可见光.以下我们把该模型称为量子限制模型.但该模型对许多实验现象不能给予合理的解释;秦国刚等[10—12]在研究多孔硅发光时提出了量子限制/发光中——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------心(Q
6、CLC)模型,认为对于氧化多孔硅电子-空穴对的光激发发生在纳米硅粒和氧化硅中,光激发出3期马书懿等:含纳米锗粒二氧化硅薄膜的光致发光研究503合而发光,该模型能对含纳米硅粒的氧化硅和多孔硅的发光实验现象给出合理的解释.为了进一步澄清含纳米半导体氧化硅薄膜的光致发光机理,本实验对纳米锗粒尺寸不同的二氧化硅薄膜作了Raman散射光谱和光致发光谱测量,通过分析,指出其光致发光现象不能用量子限制模型解释,却可以用QCLC模型解释.2 实验过程含纳米锗粒的二氧化硅(GSO)薄膜是用射频磁控溅射方法沉积在p型硅衬底上,溅射时采用锗-二氧化硅复合靶,通过
7、改变锗与总靶的面积比来实现淀积含锗量不同的二氧化硅膜.本实验所用复合靶上锗与总靶的面积比分别为0%,5%和10%,将所淀积的含锗二氧化硅膜分别标记为SO,GSO(5%)和GSO(10%).通过控制淀积时间使该系列薄膜的厚度均约为1.2μm.这三种样品都在氮气氛中分别经过300,600,800及900℃退火,时间为30min.Raman散射光谱测试所用的仪器为JOBINYVONT64000Raman谱仪.在室温下对各样品作了光致发光测量,所用激发光源是Ar+激光器的488nm线,所有光致发光谱均经过光谱响应修正.3 实验结果图1示出对经300
8、,600,800,900℃退火的GSO(5%)和经300℃退火的GSO(10%)五种样品所作的Raman散射光谱.另外,还作了单晶锗的——————————————————————
