We develop a model for the excitation of erbium ions in erbium-doped silicon nanocrystals via coupling from confined excitons generated within the silicon nanoclusters. The model provides a phenomenological picture of the exchange mechanism and allows us to evaluate an effective absorption cross section for erbium of up to four orders of magnitude higher than in stoichiometric silica. We address the origin of the 1.6 eV emission band associated with the silicon nanoclusters and determine absorption cross sections and excitonic lifetimes for nanoclusters in silica which are of the order of and 20–100 μs, respectively.
REFERENCES
1.
2.
3.
T.
Shimizu-Iwayama
, K.
Fujita
, S.
Nakao
, K.
Saitoh
, T.
Fujita
, and N.
Itoh
, J. Appl. Phys.
75
, 7779
(1994
).4.
J. G.
Zhu
, C. W.
White
, J. D.
Budai
, S. P.
Withrow
, and Y.
Chen
, J. Appl. Phys.
78
, 4386
(1995
).5.
A. J.
Kenyon
, P. F.
Trwoga
, C. W.
Pitt
, and G.
Rehm
, J. Appl. Phys.
79
, 9291
(1996
).6.
K. S.
Min
, K. V.
Shcheglov
, C. M.
Yang
, H. A.
Atwater
, M. L.
Brongersma
, and A.
Polman
, Appl. Phys. Lett.
69
, 2033
(1996
).7.
F.
Iaconia
, G.
Franzò
, and C.
Spinella
, J. Appl. Phys.
87
, 1295
(2000
).8.
9.
M. Y.
Valakh
, V. A.
Yukhimchuk
, V. Y.
Bratus
, A. A.
Konchits
, P. L. F.
Hemment
, and T.
Komoda
, J. Appl. Phys.
85
, 168
(1999
).10.
G.
Franzò
, V.
Vinciguerra
, and F.
Priolo
, Appl. Phys. A: Mater. Sci. Process.
69
, 3
(1999
).11.
T.
Shimizu-Iwayama
, N.
Kurumado
, D. E.
Hole
, and P. D.
Townsend
, J. Appl. Phys.
83
, 6018
(1998
).12.
13.
14.
R. T.
Collins
, P. M.
Fauchet
, and M. A.
Tischler
, Phys. Today
50
, 24
(1997
).15.
P. F.
Trwoga
, A. J.
Kenyon
, and C. W.
Pitt
, Electron. Lett.
32
, 1703
(1996
).16.
G. S.
Tompa
, D. C.
Morton
, B. S.
Sywe
, Y.
Lu
, E. W.
Forsythe
, J. A.
Ott
, D.
Smith
, J.
Khurgin
, and B. A.
Khan
, Mater. Res. Soc. Symp. Proc.
358
, 701
(1995
).17.
G. G.
Qin
, A. P.
Li
, B. R.
Zhang
, and B.-Chen
Li
, J. Appl. Phys.
78
, 2006
(1995
).18.
A. J.
Kenyon
, P. F.
Trwoga
, M.
Federighi
, and C. W.
Pitt
, J. Phys.: Condens. Matter
6
, L319
(1994
).19.
X.
Wu
, U.
Hommerich
, F.
Namavar
, and A. M.
Cremins Costa
, Appl. Phys. Lett.
69
, 1903
(1996
).20.
M.
Fujii
, M.
Yoshida
, Y.
Kanzawa
, S.
Hayashi
, and K.
Yamamoto
, Appl. Phys. Lett.
71
, 1198
(1997
).21.
J. H.
Shin
, M.
Kim
, S.
Seo
, and C.
Lee
, Appl. Phys. Lett.
72
, 1092
(1998
).22.
L.
Tsybeskov
, S. P.
Duttagupta
, K. D.
Hirschman
, P. M.
Fauchet
, K. L.
Moore
, and D. G.
Hall
, Appl. Phys. Lett.
70
, 1790
(1997
).23.
M.
Fujii
, M.
Yoshida
, S.
Hayashi
, and K.
Yamamoto
, J. Appl. Phys.
84
, 4525
(1998
).24.
J. H.
Shin
, S.
Seo
, S.
Kim
, and S. G.
Bishop
, Appl. Phys. Lett.
76
, 1999
(2000
).25.
C. E.
Chryssou
, A. J.
Kenyon
, T. S.
Iwayama
, C. W.
Pitt
, and D. E.
Hole
, Appl. Phys. Lett.
75
, 2011
(1999
).26.
G.
Franzò
, D.
Pacifici
, V.
Vinciguerra
, F.
Priolo
, and F.
Iaconia
, Appl. Phys. Lett.
76
, 2167
(2000
).27.
28.
A. J.
Kenyon
, C. E.
Chryssou
, and C. W.
Pitt
, Appl. Phys. Lett.
76
, 688
(2000
).29.
30.
A. J.
Kenyon
, C. E.
Chryssou
, and C. W.
Pitt
, Proc. SPIE
4282
, 185
(2001
).31.
N.
Sharma
, V. J.
Keast
, T. S.
Iwayama
, I.
Boyd
, and C. J.
Humphreys
, Inst. Phys. Conf. Ser.
161
, 589
(1999
).32.
S. K.
Bera
, S.
Chaudhuri
, A. K.
Bandyopadhyay
, B. R.
Chakraborty
, and A. K.
Pal
, J. Phys. D
34
, 273
(2001
).33.
D.
Kovalev
, J.
Diener
, H.
Heckler
, G.
Polisski
, N.
Künzner
, and F.
Koch
, Phys. Rev. B
61
, 4485
(2000
).34.
F.
Priolo
, G.
Franzo
, D.
Pacifici
, V.
Vinciguerra
, F.
Iacona
, and A.
Irrera
, J. Appl. Phys.
89
, 264
(2000
).
This content is only available via PDF.
© 2002 American Institute of Physics.
2002
American Institute of Physics
You do not currently have access to this content.