原位等离子体逐层氧化a-SiHSiO2多层膜的光致发光研究.pdfVIP

第53卷第8期2004年8月 物 理 学 报 1000．3290／2004／53(08)／2746．05 ACTAPHYSICASINICA ⑥2004 Chin．Phys．Soc． 原位等离子体逐层氧化a．Si：H／Si02 多层膜的光致发光研究* 马忠元 黄信凡 朱 达 李 伟 陈坤基 冯 端 (南京大学固体微结构物理国家重点实验室，南京210093) (2003年11月5日收到；2003年12月30日收到修改稿) 采用在等离子体增强化学汽相沉积系统中沉积8一si：H和原位等离子体逐层氧化的方法制备a．Si：H／SiO：多层 膜．改变a．si：H层的厚度，首次在室温下观察到来自a．Si：H／SiO：多层膜较强的蓝色光致发光和从465到435nm的 微镜表明，样品形成了界面陡峭的多层结构．结合光吸收谱和光致发光谱的研究，对其发光机理进行了讨论．用一 维量子限制模型对光致发光峰随着a—si：H层厚度的减小而蓝移作出了解释，认为蓝光发射可能来自a．si：H层带尾 态中的电子和空穴的复合． 关键词：a．Si：H／SiO：多层膜，光致发光 PACC：7360N 结构是用si+注入到SiO：层中旧’10o，并认为其与nc． 1．引 言 道了最短的发光波长为590 nm¨“，但是在经过快速 随着微电子技术的迅速发展，光电集成对硅基 热退火的nc—Si／SiO：中观察到．本文采用在等离子体 发光材料的需要越来越紧迫，高效稳定的发光材料 将可以用于光电器件(如发光二极管、激光器等)．室 对其进行原位等离子体氧化的方法制备了a—si：H／ 温下纳米si的可见光发光为实现光电子集成提供 SiO：多层膜，si量子点的尺寸和分布能有效地被预 了可能性．目前亟待解决的问题是寻求一种既能与 先设计的a．si：H层厚度控制．由本方法制备的发光 现有的硅工艺相结合，又能精确控制Si量子点的尺 a．Si：H／SiO：多层结构可在任何衬底上实现，与当前 寸，同时又能对量子点的表面态进行有效的钝化，并 硅集成工艺相兼容，容易实现光电集成．在室温下首 且能控制量子点的空间分布的新技术．这也是当前 次观察到来自a．Si：H／SiO：多层膜强烈而稳定的蓝 纳米si制备和应用研究领域的热点之一．人们采用 各种方法制备了不同维数的纳米si结构¨“o．其中 随着a．Si：H层厚度的减小而发生蓝移．通过透射电 由a．Si／SiO，多层膜结构来获得纳米Si的方法近年 来受到了关注，其优点在于：不仅在组分和结构上比 结构和组分进行了分析，结合光吸收谱和PL谱，我们 较稳定，而且通过调制a．Si层的厚度可以实现对纳 对a．Si：H／Si02多层膜蓝光发射的机理进行了讨论． 米si尺寸的控制．I．oekwood等∽o曾报道了用分子束 外延和紫外臭氧处理的方法制备了a．Si／SiO，超晶 2．实 验 格，并观察到带隙的蓝移和室温下的光致发光． Tsybeskov等油。对这种结构做热处理后得到红外在电容耦合PECVD系统中采用交替淀积a．Si： (1127 nm)的光致发光(PL)．此外人们已观察到来自 H，然后对其进行逐层原位等离子体氧化的方法制 Si02基质中的ne．Si的近红外PL(大约800nm)