掺Er Si/Al_2O_3多层薄膜光致发光性质的研究

用脉冲激光沉积(PLD)的方法生长了掺Er Si(2nm)/Al2O3(1.5nm)多层薄膜,后期对其进行不同温度下的快速热退火(RTA)处理。在非Er离子(Er3+)共振激发476nm激光激发下,该薄膜得到来自于Er3+的室温特征光致发光(PL)谱,波峰波长为1.54μm,说明这种掺ErSi/Al2O3多层薄膜存在间接激发发光过程,退火得到的纳米Si在其中起到感光剂作用。分析了不同的退火温度对薄膜发光强度的影响,发现退火温度700℃时薄膜发光最强,其强度是同种方法制备的掺ErAl2O3薄膜的39倍。进一步结合不同退火温度下薄膜的喇曼散射谱分析发现,700℃退火的薄膜中Si虽然仍为非晶,但其中已出现数量较多的纳米Si团簇,它们是Er3+1.54μm发光的有效感光剂,增强了Er3+发光。而当温度高于700℃后,薄膜中纳米Si团簇已逐渐结晶,出现纳米Si晶粒,同时这种纳米Si晶粒尺寸随温度升高而变大、数量变少,带来的是作为感光剂的纳米Si数量的减少,导致Er3+薄膜发光强度减弱。因此在远低于纳米Si结晶所需的温度(一般需要高于900℃)下实现了掺ErSi/Al2O3多层薄膜中Er3+1.54μm的最优发光。

掺Er HfO_2薄膜材料的光致发光性质

用脉冲激光淀积(PLD)技术和离子注入的方法制备了掺Er氧化铪(HfO2)薄膜样品,观察到了样品中Er离子波长1535nm的室温和变温光致发光(PL)现象.分析了后期不同的退火温度对样品发光强度的影响,发现当退火温度选取800℃时可最大程度减少材料中的晶格损伤和缺陷等非辐射衰减中心,同时光激活Er离子,从而实现最大强度的光致发光.通过对样品光致发光激发(PLE)的测量分析发现,在Er离子的发光过程中除了直接吸收的过程之外还存在着间接激发的过程.HfO2将会成为Er掺杂的一种很好的基质材料.

掺铒Si/Al2O3多层结构中结晶形态对1.54μm发光的影响

利用脉冲激光沉积的方法制备掺铒Si/Al2O3多层结构薄膜,获得了由纳米结构的Si作为感光剂增强的Er3+在1.54μm高效发光.利用拉曼散射、高分辨透射电镜和光致发光测量研究了在不同退火温度下(600—1000℃)纳米结构Si层的结晶形态变化,及对Er3+在1.54μm的发光的影响特征.研究发现最佳发光是在退火温度600—700℃.在这个条件下纳米Si的尺寸和密度,Si和Er的作用距离以及Er3+发光的化学环境得到了优化.进一步,光致发光瞬态衰减谱研究表明,当纳米Si尺寸小时,衰减遵循单指数模式(慢过程),当纳米Si尺寸大时,衰减遵循双指数模式(快过程和慢过程),其中衰减中快过程来自类体Si的对激发态Er3+去激发过程,慢过程对应典型的纳米Si体系衰减过程.