Highly efficient and stable electroluminescence from Er-doped Ga2O3 nanofilms fabricated by atomic layer deposition on silicon

电致发光 材料科学 光电子学 兴奋剂 原子层沉积 非晶硅 宽禁带半导体 无定形固体 量子效率 电介质 图层(电子) 纳米技术 晶体硅 化学 有机化学
作者
Yang Li,Jing Xu,Kang Yuan,Yang Yang,Jiaming Sun
出处
期刊:Applied Physics Letters [American Institute of Physics]
卷期号:118 (14) 被引量:38
标识
DOI:10.1063/5.0049556
摘要

Intense 1.53 μm electroluminescence (EL) is achieved from metal-oxide-semiconductor light-emitting devices based on Er-doped Ga2O3 (Ga2O3:Er) nanofilms fabricated by atomic layer deposition. Due to the wide bandgap and outstanding tolerance to electric field and electron injection of the amorphous Ga2O3 matrix, these silicon-based devices present a low turn-on voltage of ∼15 V, while the maximum injection current can reach 5 A/cm2. The optical power density of the EL emissions is improved to 23.73 mW/cm2, with the external quantum efficiency of 36.5% and power efficiency of 0.81%. The prototype devices show good stability and retain ∼90% initial EL intensity after operating consistently for 100 h. The EL originates from the impact excitation of doped Er3+ ions by hot electrons generated within dielectric layers. This work manifests the potential of fabricating practical Si-based light source from Ga2O3:Er nanofilms, enabling various optoelectronic applications.
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