掺硼富硅氧化硅强白光发光机理

【作者】 刘国华； 李东升； 杨德仁；

【机构】 浙江大学硅材料国家重点实验室；

【摘要】 自1990年Canham在多孔硅发现了可见光的光致发光以来,[1]人们对Si纳米晶镶嵌SiO₂的光学特性投入了大量的研究工作。由于本征薄膜的导电性很差,研究人员希望借助掺杂的方式提高其导电性,但是导电性提高的同时薄膜的光致发光发生了浓度淬灭效应。[2]在本文中,我们利用磁控溅射,通过调节高纯Si靶与高纯B靶的功率在Ar、O₂混合气中反应共溅射和后续热处理制备了本征与掺硼的富硅氧化硅样品。通过PL测试我们发现与本征样品相比较,掺硼样品的PL谱并没有出现B原子的浓度淬灭效应（发光照片如图1所示）,而是出现了大约100nm的蓝移（强白光发光）。掺硼样品的PL谱中同时出现了410nm、450nm、520nm、550nm四个不同的发光峰（PL谱如图2所示）,据此我们进行了高斯分峰处理。我们分别通过测试经过HF酸腐蚀的Si130B50样品（溅射过程中Si靶与B靶的功率分别为130W和50W）和经过高温氧化的Si130B50样品的光致发光谱,最终确定掺硼样品的强白光发光来自Si纳米晶与基体SiO₂之间的界面中的缺陷。我们初步认为在界面上存在两类发光中心:缺氧中心（ODC）和非桥氧空穴中心（NBOHC）。[3-4]更多还原