多孔硅量子点的受激辐射：陷阱态的作用-强激光与粒子束.PDF

第 卷第 期 强 激 光 与 粒 子 束 ， ２１ ８ Ｖｏｌ．２１ Ｎｏ．８ 　 　 年 月 ， ２００９ ８ ＨＩＧＨ ＰＯＷＥＲＬＡＳＥＲＡＮＤＰＡＲＴＩＣＬＥＢＥＡＭＳ Ａｕ． ２００９ 　 ｇ 　 文章编号： （ ） １００１４３２２２００９０８１１６１０４ 　 多孔硅量子点的受激辐射：陷阱态的作用 １ １ ２ ２ １ １ １ １ １ 黄伟其 ， 张荣涛 ， 秦朝建 ， 刘世荣 ， 金 峰 ， 王海旭 ， 许 丽 ， 吴克跃 ， 陈 亮 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 （ 贵州大学 贵州省光电子技术与应用重点实验室，贵阳 ； １． ５５００２５ ２．中国科学院 地球化学研究所，贵阳 ５５０００３） 摘 要： 经激光辐照和高温退火后能够在硅基上生成氧化多孔硅结构。用 ５１４ｎｍ的激光泵浦，观测到 　　 　 　 该多孔硅的受激辐射。当激励强度超过阈值时，在 ６５０ ７５０ｎｍ区域有很强的受激发光峰。这些受激发光峰 ～ 的半高宽小于０．５ｎｍ。激光辐照和高温退火后，在样品上能形成某些特殊的氧化结构。在傅里叶红外光谱分 析中，显示有硅氧双键或硅氧桥键在硅表面形成。计算结果表明：当硅氧双键或硅氧桥键形成时，电子的陷阱 态出现在纳晶硅的带隙中。价带顶和陷阱态之间的粒子数反转是解释这种受激辐射的关键。 关键词： 受激辐射； 多孔硅； 量子点； 陷阱态 　　 　 　 　 　 中图分类号： ＴＮ２４９ 文献标志码： Ａ 　　 　 　　　　 　 目前，硅基上发光的研究已经取得了重大进展，这很有希望能延伸硅工艺进入全集成光电子领域，以满足 　　 ［ ］ １３ 带宽内部集成与连结的需求 。迄今为止，由于在可见光区域内，纳晶硅有强烈的光致荧光（ ）辐射，所以 ＰＬ ［ ］ 它的各种量子团簇结构引起了人们广泛关注 ４１２ 。但是，硅基上的量子点结构的发光效率还是不够高的，要实 现在硅基上的集成发光还有一段距离。近来发现氧化对硅基上量子点的发光增强有显著的作用，大量的实验 结果说明：硅基上氧化量子点的生成是增强硅基发光乃至受激发光的很有效的途径之一。本文报道了该方面 的研究工作，经激光辐照和退火能生成氧化低维量子结构，发现该氧化量子点结构有明显的受激发光。对于该 结构的受激发光机理用第一性原理模拟计算给出了带隙中电子陷阱态所起的关键作用，并建立起相应的物理 模型。 １ 实 验 　 　 应用（ ）取向的 · 的 型硅晶片作为样品。在激光辐照与退火过程中，用