铕离子注入氧化硅膜光发射的研究.pdfVIP

　第 20 卷第 10 期 半　导　体　学　报 . 20, . 10 V o l N o 　1999 年 10 月 CH IN E SE JOU RN AL O F SEM ICON DU CTO R S O ct. , 1999 铕离子注入氧化硅膜光发射的研究 1, 4 1 2 3 1 王　亮 　朱美芳 　郑怀德 　侯延冰 　刘丰珍 ( 1　中国科技大学研究生院物理系　北京　100039, 北京大学稀土材料化学及应用国家重点实验室　北京　10087 1) (2　中国科学院半导体研究所　北京　100083) (3　北方交通大学光电子研究所　北京　100044) (4　北京大学电子系　北京　10087 1) 摘要　采用铕离子注入热生长 SiO 2 薄膜的方法, 获得掺杂剂量为 1014 cm - 2 及 1015 cm - 2 的 SiO 2 ∶ 3+ 硅基复合膜, 研究了该薄膜的光致发光退火特性. 经 1000 ℃退火后观察到 3+ 的红光发 Eu Eu 射. 在 1200 ℃下氮气中退火观察到 Eu2+ 450nm 的强光发射. 讨论了Eu 3+ 向Eu2+ 的转变. : 6855 , 7855 PACC L 1　引言 ( 稀土元素是高效的发光中心, 它掺杂在化合物半导体 如 ∶ , ∶ , GaP N d GaA s Yb Ga InP ) ∶ 等 中获得 4 →4 电子跃迁的光发射, 并早已在激光器中获得广泛的应用. 高的发光 Tm f f 效率, 确定的峰位等优点吸引人们将稀土元素引入硅基发光材料中, 期待在新型光电子器 件, 特别在光 电子集成 电路 中有重要应用. 在掺 E r 的单 晶硅及非 晶硅 中已观察到 了 1547m 室温光致及 电致发光[ 1, 2 ]. 通常采用溶胶凝胶方法在 SiO 2 中掺入 Eu 3+ , U 4+ 及 2+ [3 ] Eu 离子, 分别观察到了高强度的红光, 绿光和蓝光的发射 . 但溶胶凝胶方法不宜用于硅 集成工艺. 本文主要介绍采用与硅工艺兼容的离子注入掺杂方法获得 2 ∶ 3+ 硅基复合 SiO Eu 膜的光发射的主要特征及在氮气氛中 1200 ℃下退火后 Eu 3+ 向Eu2+ 的转变. 2　实验方法 ( ) 采用热氧化方法在 100 Si 衬底上制备厚度为 02