Tunable photoluminescence and electroluminescence of size-controlled silicon nanocrystals in nanocrystalline-Si/SiO2 superlattices

Whispering gallery modes at 800 nm and 1550 nm in concentric Si-nc/Er:SiO2 microdisks

“…1(a). By controlling the a-Si layer thickness we limited the size of the nanocrystals, enabling us to tune the emission to 800 nm [14], near an erbium absorption line [13]. After deposition of the Si-nc film, we patterned the inner microdisk using conventional optical lithography.…”

“…In addition, by coupling the Si-nc emission to a high-Q WGM overlapping the Er:SiO 2 ring, we increase the interaction length of the pump signal, thus mitigating limitations due to erbium's low absorption cross section, which is ~3 times smaller at 800 nm than 1480 nm (the pump wavelength typically used in Er:SiO 2 toroidal lasers) [13]. Indeed, the ability for PL from an inner Si-nc microdisk to excite WGMs extending into an outer SiO 2 ring was recently demonstrated [14]. In this work, we present a fully integrated concentric microdisk consisting of an inner Si-nc disk and an outer Er:SiO 2 ring.…”

Фотолюминесценция Аморфных И Кристаллических Кремниевых Нанокластеров В Сверхрешетках Из Нитрида И Оксида Кремния

“…Оптические свойства кремниевых нанокластеров в различных диэлектрических матрицах представляют значительный интерес для оптоэлектроники, посколь-ку в таких структурах, в отличие от объемного кремния, наблюдается эффективная фотолюминесцен-ция (ФЛ) [1][2][3][4][5][6][7][8][9][10][11][12][13]. В частности, перспективным является создание светоизлучающих элементов на основе кремни-евых нанокристаллов в кремнийсодержащей матрице и последующее их интегрирование в устройства нанофото-ники [1,3].…”

“…В частности, перспективным является создание светоизлучающих элементов на основе кремни-евых нанокристаллов в кремнийсодержащей матрице и последующее их интегрирование в устройства нанофото-ники [1,3]. К настоящему времени достаточно детально изучены оптические свойства кремниевых нанокристал-лов, внедренных в оксид кремния [1][2][3][4]. Обладая ярко выраженными фотолюминесцентными свойствами, такие структуры тем не менее имеют ряд недостатков из-за большой ширины запрещенной зоны используемого в качестве матрицы оксида кремния (∼ 9 эВ) и, как след-ствие, его низкой проводимости [1].…”

“…Важно отметить при этом, что в первом из перечисленных способов возможно эффективно реализовать контроль за размером формируемых нанокристаллов, осаждая многослойную структуру в виде сверхрешетки из слоев с избыточной концентрацией кремния (SiN x или SiO x ), чередующихся с барьерными слоями из стехиометри-ческого оксида кремния SiO 2 [3,8] или нитрида крем-ния Si 3 N 4 [4,14,17,21] толщиной несколько нанометров. Такие барьерные слои эффективно ограничивают рост образующихся нанокристаллов в пределах слоя с избыт-ком кремния.…”