Size and dopant-concentration dependence of photoluminescence properties of ion-implanted phosphorus- and boron-codoped Si nanocrystals

掺杂剂 材料科学 光致发光 带隙 发光 杂质 兴奋剂 猝灭(荧光) 离子 分析化学(期刊) 纳米晶 光电子学 纳米技术 光学 化学 荧光 物理 有机化学 色谱法
作者
Toshihiro Nakamura,Sadao Adachi,Minoru Fujii,Hiroshi Sugimoto,Kenta Miura,Shunya Yamamoto
出处
期刊:Physical Review B [American Physical Society]
卷期号:91 (16) 被引量:18
标识
DOI:10.1103/physrevb.91.165424
摘要

We investigate the nanocrystallite-size and dopant-concentration dependence of the photoluminescence (PL) properties of heavily phosphorus- (P) and boron- (B) codoped Si nanocrystals (Si NCs), prepared using a combination of sputtering and ion implantation techniques. We find that the heavily doped Si NC exhibits three exotic luminescence bands, A, B, and C. The peak energy of band A redshifts with increasing dopant concentration. This band is due to the band-to-band transition at the reduced Si-NC band gap caused by the formation of impurity bands together with band-tailing effects. The PL redshift becomes large when the nanocrystallite size decreases, suggesting the occurrence of the quantum-confinement-induced carrier doping effect. The peak energies of bands B and C are independent of both the concentration and size, indicating that these bands are due to transitions between defect- and/or impurity-related localized states. Band A shows stronger thermal quenching than the PL band in pure (undoped) Si NCs, the magnitude of which depends on the dopant concentration. The stronger thermal quenching in band A is probably due to the thermally induced migration of electrons in the impurity band.

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