基于多孔硅制备的硅酸铒的光致发光研究

【作者】 沈浩； 李东升； 杨德仁；

【机构】 浙江大学硅材料重点实验室；

【摘要】 满足通信波长要求的高效的硅基光源是目前硅基光电中亟待解决的首要难题,硅基铒发光波长位于¹.5μm,恰好满足这一需求。硅基掺铒体系由于掺铒浓度较高时有浓度猝灭等问题存在制约了发光强度的提高,所以近年来研究人员转向研究硅基铒化合物如硅酸铒的发光[1-6]。但是目前研究的硅酸铒光致发光大多通过共振激发才能激发,电致发光也大多通过碰撞离化方式,这种方式很难得到高效地硅基光源。多孔硅巨大的表面积可以填充很高浓度的铒,相比于硅更大的禁带宽度可以减轻温度猝灭以及多孔硅很容易提供铒发光所需要的氧等优势,根据这些优势我们选择了在轻掺和重掺p型多孔硅上用简单的旋涂或浸入法结合后续的热处理制备出了具备敏化效果的硅酸铒。通过X射线衍射（XRD）证实了生成了硅酸铒（Er2Si O5）,扫描电子显微镜（SEM）研究表面形貌发现表面仍然是多孔结构,生成的硅酸铒附着在多孔硅的硅骨架上。光致发光谱（PL）和光致激发谱（PLE）谱表明轻掺和重掺p型多孔硅上均可以得到较强的铒的敏化发光。通过测试变温PL谱和不同温度铒的1534nm的衰减曲线,做出铒1534nm的积分强度和寿命随温度变化曲线,发现温度猝灭很小,且铒1534nm发光的寿命较长且随温度变化较小。我们用简单的旋涂法结合后续的热处理得到了基于多孔硅的良好敏化效果的硅酸铒光致发光。我们将样品在非共振激发条件下也能得到较强发光归于多孔硅中纳米硅传递能量给Er³⁺。研究不同温度下Er³⁺的PL强度和寿命,发现均随温度先上升后下降,说明能量传递过程是一个声子辅助传递过程。简单的制备方法、Er³⁺较长的寿命和较小的温度猝灭都表明基于多孔硅制备的敏化硅酸铒发光有一定的应用前景。更多还原