Annealing effect on photoluminescence in silicon quantum dots prepared by nanosecond pulsed laser

Cui-fen CHEN; Tie-min ZHANG; Zi-lin WANG; Lian-cong GAO; Chang SU; Ke WANG; An-chen WANG; Zhong-mei HUANG; Wei-qi HUANG; Hong-yan PENG

doi:10.37188/CJLCD.2022-0078

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Annealing effect on photoluminescence in silicon quantum dots prepared by nanosecond pulsed laser

Device Physics and Device Preparation | 更新时间：2022-06-06

- Annealing effect on photoluminescence in silicon quantum dots prepared by nanosecond pulsed laser
- Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays Vol. 37, Issue 6, Pages: 703-708(2022)
- 作者机构：
  
  1.海南师范大学物理与电子工程学院，海南海口 571158
  2.贵州大学材料与冶金学院，贵州贵阳 550025
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  the National Natural Science Foundation of China(11847084);Project of Education and Teaching Reform in Hainan Province(Hn jg2020ZD-17)
- DOI：10.37188/CJLCD.2022-0078
  CLC： O482.31;O469
- Received：09 March 2022，
  
  Revised：19 March 2022，
  
  Published：05 June 2022
- 稿件说明：
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Cui-fen CHEN, Tie-min ZHANG, Zi-lin WANG, et al. Annealing effect on photoluminescence in silicon quantum dots prepared by nanosecond pulsed laser[J]. Chinese journal of liquid crystals and displays, 2022, 37(6): 703-708.
DOI：

Cui-fen CHEN, Tie-min ZHANG, Zi-lin WANG, et al. Annealing effect on photoluminescence in silicon quantum dots prepared by nanosecond pulsed laser[J]. Chinese journal of liquid crystals and displays, 2022, 37(6): 703-708. DOI： 10.37188/CJLCD.2022-0078.

摘要

为了获取高量子效率的硅基光源，利用纳秒脉冲激光在单晶硅片上制备微米级的圆孔形腔阵列，对该样品在高温退火处理后出现的性能进行研究。腔内形成的量子点在波长710 nm附近有很强的光致发光峰。将样品放在1 000 ℃下进行高温退火处理，通过控制退火时间，对比研究退火前后的激发光功率变化的光致发光光谱，可以观察到自发辐射和受激辐射的变化趋势。同时，在退火20 min的腔中不同位置测量到光致发光的强度不同，发现腔体边缘的光致发光最强，这可能与腔体边缘上分布了大量的量子点发光有关。最后，采用标准的LED定标方法测量了腔内的最大光致发光外量子效率（PL-EQE）。检测结果显示退火后腔体内的外量子效率可达9.29%。

Abstract

In order to obtain a silicon-based light source with high quantum efficiency， a micron-sized round hole cavity array was fabricated on monocrystalline silicon wafer in air by using nanosecond pulsed laser. The properties of the sample after annealing at high temperature were investigated. Firstly， the quantum dots formed in the cavity had a stronger emission near 710 nm in photoluminescence （PL） measurement. Then， annealing at 1 000 ℃， the PL spectra before and after annealing were compared by controlling the annealing time. The variation trends of spontaneous and stimulated emission were observed. Annealing for 20 min， the PL intensity was various at different positions in the cavity， and it is found that the PL emission at the cavity edge is the strongest， which may be related to a large number of quantum dots distributed on the edge of the cavity. Finally， adopting standard LED calibration， the maximum PL external quantum efficiency （PL-EQE） in the cavity was measured. Experimental results indicate that the external quantum efficiency in the cavity after annealing can reach 9.29%.

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