WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

ется гашение интенсивности ФЛ nc-Si на два порядка величины (рис. 2), а времена релаксации кинетики их ФЛ уменьшаются всего лишь в 2 раза по сравнению Обсудим подробнее возможный механизм возбуждес временами для нелегированных структур (рис. 4), ния эрбиевой ФЛ в структурах nc-Si / SiO2 : Er. На наш позволяет предположить следующее. По-видимому, в взгляд, в рассматриваемых образцах наиболее вероятлегированных эрбием структурах большая часть нано ной является прямая передача энергии от экситонов в кристалов Si практически не вносит вклада в свеченанокристалле Si к иону Er3+, например, по механизму ние в диапазоне 1.2-1.9 eV. Это обусловлено полной Фёрстера [14]. При этом возбужденными оказываются передачей ими энергии ионам Er3+ с последующим высокоэнергетические состояния Er3+, уровни которых высвечиванием в области 0.81 eV. В то же время оставмогут быть значительно уширены вследствие флуктуашиеся (менее 1%) нанокристаллы из-за взаимодействия ций электрических полей в данной твердотельной матс ионами Er3+ характеризуются меньшими временами рице [1,2]. Поскольку в исследуемых структурах наноФЛ. Сокращение времен в принципе возможно также кристаллы расположены в оксидной матрице с высокой вследствие процессов безызлучательной рекомбинации плотностью ( 1019 cm-3) и вследствие этого разделены на дефектах, обусловленных введением Er3+. Однако барьерами толщиной всего 1-3 nm, такой механизм отсутствие заметного температурного гашения ФЛ в передачи энергии от нанокристаллов к находящимся в исследуемых обрзцах свидетельствует о незначительном матрице ионам представляется вполне вероятным. Тем числе таких дефектов.

более такой процесс возможен в том случае, если На рис. 5 показана кинетика релаксации ФЛ ионов ион Er3+ расположен непосредственно на поверхности Er3+, измеренная для двух энергий квантов свечения:

нанокристалла.

0.81 eV (т. е. в максимуме полосы) и 0.84 eV (на коНаблюдающийся в наших экспериментах рост эффекротковолновом краю полосы). Видно, что эрбиевая ФЛ тивности передачи энергии для нанокристаллов меньхарактеризуется практически экспоненциальной кинетиших размеров можно объяснить большим относитель кой, вид которой почти не зависит от энергии фотонов.

ным проникновением волновой функции экситона в Аппроксимация кинетики формулой (1) дает значения имеющий конечную высоту оксидный барьер. Эксперисреднего времени жизни 0 3 ms. Столь большие врементальные данные становятся понятными, если предпомена релаксации характерны для собственного излучательного времени жизни ионов Er3+; например, для слу- ложить, что время передачи энергии от экситона к Er3+ короче времени термализации первого. Оценка времени чая c-Si : Er они наблюдаются только при температурах жидкого гелия, когда подавлены процессы девозбужде- передачи энергии от экситона к иону по измеренной кинетике ФЛ дает значение, не превышающее несколько ния [1,2]. Начальный участок кинетики эрбиевой ФЛ, измеренный с микросекундным временным разрешени- микросекунд. С другой стороны, известно, что для слу чая монокристаллов полупроводников время термализаем, представлен на вставке к рис. 5. Видно, что времена нарастания ФЛ ионов Er3+ не превышают 1-2 µs, что ции неравновесных носителей заряда определяется променьше времен релаксации полосы ФЛ nc-Si. Это под- цессами электрон-фононного взаимодействия и составтверждает сделанное выше предположение о высокой ляет порядка 10-12-10-11 s [15]. Замедление процессов эффективности передачи энергии от нанокристаллов к термализации в случае кремниевого нанокристалла возионам Er3+. можно, по-видимому, из-за уменьшения числа фононов, Физика твердого тела, 2004, том 46, вып. Эффективная люминесценция ионов эрбия в системах кремниевых нанокристаллов которое, как известно, пропорционально 3(N-1), где [14] В.М. Агранович, М.Д. Галанин. Перенос энергии электронного возбуждения в конденсированных средах. Наука, N — число атомов. Заметим, что замедление на 3-М. (1978).

порядка времен спин-решеточной релаксации наблюда[15] С.А. Ахманов, В.И. Емельяенов, Н.И. Кротеев, В.И. Семилось в пористом кремнии с малыми размерами наноногов. УФН 147, 675 (1985).

кристаллов [16]. Предположение о замедлении процесса [16] Е.А. Константинова, В.Ю. Тимошенко, П.К. Кашкаров.

термализации экситона в кремниевом нанокристалле ПФХМ 2, 32 (1996).

малого размера хорошо согласуется с наблюдаемым ростом эффективности передачи энергии ионам Er3+ при уменьшении размеров нанокристалла.

Таким образом, в настоящей работе изучены люминесцентные свойства многослойных структур nc-Si / SiO2, содержащих ионы Er3+. Показано, что энергия, поглощенная в нанокристаллах Si, может с высокой эффективностью передаваться ионам Er3+ с последующим высвечиванием в области 1.5 µm. Высокая эффективность возбуждения эрбиевой ФЛ, на наш взгляд, может представлять практический интерес при разработке оптических усилителей и светоизлучающих устройств для диапазона 1.5 µm. Дальнейшая оптимизация технологии формирования nc-Si / SiO2 : Er-структур, например увеличение числа слоев и концентрации ионов Er3+, очевидно, будет способствовать дальнейшему увеличению эффективности выхода эрбиевой ФЛ.

Список литературы [1] G.S. Pomrenke, P.B. Klein, D.W. Langer. Rare Earth Doped Semiconductors. Mat. Res. Soc. Symp. Proc. MRS, Pittsburgh (1993). V. 301.

[2] K. Iga, S. Kinoshita. Progress Technology for Semiconductors Lasers. Springer Ser. in Mater Sci. Springer-Verlag, Berlin (1996). V. 30.

[3] F. Priolo, G. Franzo, S. Coffa, A. Polman, S. Libertino, R. Barklie, D. Carey. J. Appl. Phys. 78, 3874 (1995).

[4] W. Fuhs, I. Ulber, G. Weiser, M.S. Bresler, O.B. Gusev, A.N. Kuznetsov, V.Kh. Kudoyarova, E.I. Terukov, I.N. Yassievich. Phys. Rev. B 56, 9545 (1997).

[5] E.A. Konstantinova, B.V. Kamenev, P.K. Kashkarov, V.Yu.Timoshenko, V.Kh. Kudoyarova, E.I. Terukov. J. Non-Cryst. Sol.

282, 2–3, 321 (2001).

[6] B.V. Kamenev, V.Yu. Timoshenko, E.A. Konstantinova, V.Kh. Kudoyarova, E.I. Terukov, P.K. Kashkarov. J. Non-Cryst.

Sol. 299, 668 (2002).

[7] B.V. Kamenev, V.I. Emel’yanov, E.A. Konstantinova, P.K. Kashkarov, V.Yu. Timoshenko, Ch. Chao, V.Kh. Kudoyarova, E.I. Terukov. Appl. Phys. B 74, 2, 151 (2002).

[8] A.J. Kenyon, C.E. Chryssou, C.W. Pitt, T. Shimizu-Iwayama, D.E. Hole, N. Sharma, C.J. Humphreys. J. Appl. Phys. 91, (2002).

[9] K. Watanabe, M. Fujii, S. Hayashi. J. Appl. Phys. 90, (2001).

[10] M. Schmidt, M. Zacharias, S. Richter, P. Fisher, P. Veit, J. Blsing, B. Breeger. Thin Solid Film. 397, 211 (2001).

[11] M. Zacharias, J. Heitmann, R. Shcholz, U. Kahler, M. Schmidt, J. Blsing. Appl. Phys. Lett. 80, 661 (2002).

[12] D.J. Lokwood, Z.H. Liu, J.M. Baribeau. Phys. Rev. Lett. 76, 539 (1996).

[13] A.G. Gullis, L.T. Canham, P.D.J. Calcott. J. Appl. Phys. 82, 909 (1997).

Физика твердого тела, 2004, том 46, вып.

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.