激光加工硅基上氧化量子点的受激发光研究

激光加工硅基氧化量子点受激发光研究是国际前沿性研究课题。我们在硅基上用脉冲激光（从纳秒到飞秒脉宽）制备特殊的量子点结构，这有别于其它方式加工的量子点结构。探索这种新硅基量子点结构在激光作用产生等离子体中的形成过程及其表面氧化的规律。在前期工作首次观察到该硅基氧化量子点受激发光（波长约700nm）的基础上，深入研究其新结构形成机理及其受激发光机理，建立其物理模型。从第一性原理出发，用紧束缚法模拟计算硅基量子点表面氧化键合种类与密度对能隙中载流子局域态形成与分布的影响，给出这种硅基氧化量子点结构受激发光的理论依据。建立新的适合于硅基氧化量子点结构的微区定位PL（光致发光）与EL(电致发光)综合测试系统。探索在硅基上有利于纳光子集成的受激发光选模激射新方式，深入研究与比较硅基上量子点纳腔、孔洞微腔和氧化硅夹层波导的选模激射效果，给出硅基氧化量子点发光增益规律，为硅基光源与光子放大器研发创造条件。

我们用纳秒脉宽和飞秒脉宽的脉冲激光在硅基上制备氧化量子点和氮化量子点，发现用纳秒脉宽的脉冲激光制备的氧化量子点有很好的发光特性；探索了纳秒脉宽的脉冲激光与硅相互作用产生表面等离子体在腔体中构成驻波形成硅量子点的规律。发现10Pa左右的氧氛围下制备的硅氧化量子点有很好的发光，并经适当退火后检测到700nm、600nm和560nm波长附近有尖锐的发光峰，其中含有明显的受激发光特征；在氮气氛围中制备的氮化硅量子点经适当退火后检测到波长605nm处有尖锐的发光峰。深入研究了这些受激发光机理，结合第一性原理计算，我们给出对应的物理模型，以此拟合实验的结果。在研究工作中我们研发出微区定位PL（光致发光）与EL（电致发光）复合检测系统。该项目的研究成果已公开发表在APL和ASS等物理类国际权威刊物上，被SCI和EI收录的有12篇；申请专利8项，已获得发明专利一项和实用新型专利两项。在相关的研究工作中培养研究生12名；该项目的成果曾在国际与国内学术会上交流，并作特邀发言；针对该项目的学术研究，我们组织了国际与国内的学术互访，特别是邀请了美国纳米物理专家（Divid）和意大利纳米硅发光专家（Pavissi）访华并指导我们小组的工作，邀请了中科院半导体所、中科院物理所、中科院上海技物所、复旦大学、清华大学、南京大学、浙江大学和云南大学等著名专家来贵大指导我们小组的工作，特别是邀请了谢思深、王占国、沈学础和陈难先等院士来贵大并指导我们小组的工作。