Analytical Impact-Excitation Theory of Er/O/B Codoped Si Light-Emitting Diodes

电致发光 激发 材料科学 二极管 光电子学 光子学 兴奋剂 离子 发光二极管 原子物理学 量子效率 半导体 物理 纳米技术 量子力学 图层(电子)
作者
Xiaoming Wang,Jiajing He,Ao Wang,Kun Zhang,Yufei Sheng,Weida Hu,Chao‐Yuan Jin,Hua Bao,Yaping Dan
出处
期刊:Physical Review Letters [American Physical Society]
卷期号:132 (24) 被引量:1
标识
DOI:10.1103/physrevlett.132.246901
摘要

Er doped Si light-emitting diodes may find important applications in silicon photonics and optical quantum computing. These diodes exhibit an emission efficiency 2 orders of magnitude higher at reverse bias than forward bias due to impact excitation. However, physics of impact excitation in these devices remains largely unexplored. In this work, we fabricated an Er/O/B codoped Si light-emitting diode which exhibits a strong electroluminescence by the impact excitation of electrons inelastically colliding the Er ions. An analytical impact-excitation theory was established to predict the electroluminescence intensity and internal quantum efficiency which fit well with the experimental data. From the fittings, we find that the excitable Er ions reach a record concentration of 1.8×1019 cm−3 and up to 45% of them is in an excitation state by impact excitation. This work has important implications for developing efficient classical and quantum light sources based on rare earth elements in semiconductors.Received 15 February 2024Accepted 8 May 2024DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.132.246901© 2024 American Physical SocietyPhysics Subject Headings (PhySH)Research AreasDensity of statesElectrical conductivityElectrical propertiesElectroluminescenceIon impact & scatteringPhysical SystemsLEDsCondensed Matter, Materials & Applied Physics
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