The local structure of an optically active center in erbium-doped zinc oxide (ZnO:Er) thin film produced by a laser ablation technique and its optical activation process are investigated by Er LIII-edge x-ray absorption fine structure analysis using a synchrotron radiation as an x-ray source. In as-ablated ZnO:Er thin film, Er has an approximately five-fold coordination of O surrounded by eight other O atoms as second-nearest neighbors. The high-order coordination of O decreases the Er-related photoluminescence (PL) intensity due to an undesirable crystal field for 4f radiation transition. After annealing in O2 ambient, the local structure of Er changes to a pseudo-octahedral structure with C4v symmetry, similar to the optically activated Er-doped Si (Si:Er), resulting in strong PL. The bond lengths of Er–O are evaluated, and differences in the optical activation processes between ZnO:Er and Si:Er thin films are discussed.

1.
S.
Lanzerstorfer
,
L.
Palmetshofer
,
W.
Jantsch
, and
J.
Stimmer
,
Appl. Phys. Lett.
72
,
809
(
1998
).
2.
S.
Coffa
,
G.
Franzò
,
F.
Priolo
,
A.
Pacelli
, and
A.
Lacaita
,
Appl. Phys. Lett.
73
,
93
(
1998
).
3.
X.
Zhao
,
S.
Komuro
,
H.
Isshiki
,
Y.
Aoyagi
, and
T.
Sugano
,
Appl. Phys. Lett.
74
,
120
(
1999
).
4.
R. S.
Smith
,
H. D.
Müller
,
H.
Ennen
,
P.
Wennekers
, and
M.
Maier
,
Appl. Phys. Lett.
50
,
49
(
1987
).
5.
K.
Takahei
and
A.
Taguchi
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 1
33
,
709
(
1994
).
6.
J. H.
Shin
,
M.-J.
Kim
,
S.-Y.
Seo
, and
C.
Lee
,
Appl. Phys. Lett.
72
,
1092
(
1998
).
7.
S.
Coffa
,
G.
Franzò
,
F.
Priolo
,
A.
Polman
, and
R.
Serna
,
Phys. Rev. B
49
,
16
313
(
1994
).
8.
H.
Przybylinska
,
W.
Jantsch
,
Y.
Suprun-Belevitch
,
M.
Stepikhova
,
L.
Palmetshofer
,
G.
Hendorfer
,
A.
Kozanecki
,
R. J.
Wilson
, and
B. J.
Sealy
,
Phys. Rev. B
54
,
2532
(
1996
).
9.
J. H.
Shin
,
G. N.
van den Hoven
, and
A.
Polman
,
Appl. Phys. Lett.
67
,
377
(
1995
).
10.
M.
Fujii
,
M.
Yoshida
,
Y.
Kanazawa
,
S.
Hayashi
, and
K.
Yamamoto
,
Appl. Phys. Lett.
71
,
1198
(
1997
).
11.
A.
Taguchi
and
K.
Takahei
,
J. Appl. Phys.
83
,
2800
(
1998
).
12.
G. G.
Zegrya
and
V. F.
Masterov
,
Appl. Phys. Lett.
73
,
3444
(
1998
).
13.
S.
Komuro
,
T.
Katsumata
,
T.
Morikawa
,
X.
Zhao
,
H.
Isshiki
, and
Y.
Aoyagi
,
Appl. Phys. Lett.
74
,
377
(
1999
).
14.
C. E.
Chryssou
,
A. J.
Kenyon
,
T. S.
Iwayama
,
C. W.
Pitt
, and
D. E.
Hole
,
Appl. Phys. Lett.
75
,
2011
(
1999
).
15.
M. A.
Marcus
and
A.
Polman
,
J. Non-Cryst. Solids
136
,
260
(
1991
).
16.
D. L.
Adler
,
D. C.
Jacobson
,
D. J.
Eaglesham
,
M. A.
Marcus
,
J. L.
Bonton
,
J. M.
Poate
, and
P. H.
Citrin
,
Appl. Phys. Lett.
61
,
2181
(
1992
).
17.
C.
Piamonteze
,
A. C.
Iñiguez
,
L. R.
Tessler
,
M. C.
Matins-Alves
, and
H.
Tolentino
,
Phys. Rev. Lett.
81
,
4652
(
1998
).
18.
P. M.
Peters
and
S. N.
Houde-Walter
,
Appl. Phys. Lett.
70
,
541
(
1997
).
19.
A.
Terrasi
,
G.
Franzò
,
S.
Coffa
,
F.
Priolo
,
F.
D’Acapito
, and
S.
Mobilio
,
Appl. Phys. Lett.
70
,
1712
(
1997
).
20.
M.
Ishii
,
T.
Ishikawa
,
T.
Ueki
,
S.
Komuro
,
T.
Morikawa
,
Y.
Aoyagi
, and
H.
Oyanagi
,
J. Appl. Phys.
85
,
4024
(
1999
).
21.
M.
Ishii
,
S.
Komuro
,
T.
Morikawa
,
Y.
Aoyagi
,
T.
Ishikawa
, and
T.
Ueki
,
Jpn. J. Appl. Phys., Suppl.
38
,
191
(
1999
).
22.
T.
Schmidt
,
G.
Müller
,
L.
Spanhel
,
K.
Kerkel
, and
A.
Forchel
,
Chem. Mater.
10
,
65
(
1998
).
23.
N.
Mais
,
J. P.
Reithmaier
,
A.
Forchel
,
M.
Kohls
,
L.
Spanhel
, and
G.
Müller
,
Appl. Phys. Lett.
75
,
2005
(
1999
).
24.
S.
Komuro
,
T.
Katsumata
,
T.
Morikawa
,
X.
Zhao
,
H.
Isshiki
, and
Y.
Aoyagi
,
Appl. Phys. Lett.
76
,
3935
(
2000
).
25.
S.
Komuro
,
Y.
Aoyagi
,
T.
Morikawa
, and
S.
Namba
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 2
27
,
L34
(
1988
).
26.
H.
Oyanagi
,
M.
Ishii
,
C.-H.
Lee
,
N. L.
Saini
,
Y.
Kuwahara
,
A.
Saito
,
Y.
Izumi
, and
H.
Hashimoto
,
J. Synchrotron Radiat.
7
,
89
(
2000
).
27.
H.
Kitamura
,
Rev. Sci. Instrum.
66
,
2007
(
1994
).
28.
T.
Uruga
,
H.
Kimura
,
Y.
Kohmura
,
M.
Kuroda
,
H.
Nagasawa
,
K.
Ohtomo
,
H.
Yamaoka
,
T.
Ishikawa
,
T.
Ueki
,
H.
Iwasaki
,
S.
Hashimoto
,
Y.
Kashihara
, and
K.
Okui
,
Rev. Sci. Instrum.
66
,
2254
(
1995
).
29.
H. Tanida and M. Ishii, Nucl. Instrum. Methods (in press).
30.
A. G.
McKale
,
B. W.
Veal
,
A. P.
Paulikas
,
S.-K.
Chan
, and
G. S.
Knapp
,
J. Am. Chem. Soc.
110
,
3763
(
1988
).
31.
S.
Komuro
,
S.
Maruyama
,
T.
Morikawa
,
X.
Zhao
,
H.
Isshiki
, and
Y.
Aoyagi
,
Appl. Phys. Lett.
69
,
3896
(
1996
).
32.
T.
Yamamoto
,
T.
Tanaka
,
T.
Matsuyama
,
T.
Funabiki
, and
S.
Yoshida
,
Solid State Commun.
111
,
137
(
1999
).
33.
T.
Fujikawa
,
J. Phys. Soc. Jpn.
52
,
4001
(
1983
).
34.
T.
Fujikawa
,
J. Phys. Soc. Jpn.
55
,
3244
(
1986
).
35.
B.-K.
Teo
and
P. A.
Lee
,
J. Am. Chem. Soc.
101
,
2815
(
1979
).
36.
K. B.
Sundaram
and
A.
Khan
,
Thin Solid Films
295
,
87
(
1997
).
37.
H.
Ofuchi
,
T.
Ito
,
T.
Kawamoto
,
M.
Tabuchi
,
Y.
Fujiwara
, and
Y.
Takeda
,
Jpn. J. Appl. Phys., Suppl.
38
,
542
(
1999
).
38.
Y.
Fujiwara
,
T.
Kawamoto
,
T.
Koide
, and
Y.
Takeda
,
Physica B
273
,
770
(
1999
).
39.
M.
Ishii
,
Y.
Tanaka
,
T.
Ishikawa
,
S.
Komuro
,
T.
Morikawa
, and
Y.
Aoyagi
,
Appl. Phys. Lett.
78
,
183
(
2001
).
40.
CRC Handbook of Chemistry and Physics, 77th ed., edited by D. R. Lide (CRC Press, Boca Raton, 1996).
This content is only available via PDF.
You do not currently have access to this content.