Abstract

We show that sensitized superbroadband near-IR (NIR) emission in bismuth glass/Si nanocrystal superlattices can be realized. Photoluminescence is enhanced by 1 order of magnitude in this structure. We observed that the excitation wavelength dependence of the NIR emission does not show any distinct structure corresponding to the direct transition of bismuth IR-active centers. Our results suggest that the enhanced emission might result from the energy transfer from Si nanocrystals to IR-active bismuth. This structure may find broad applications for broadband amplifiers and broadly tunable laser sources.

© 2010 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. G. A. Thomas, B. I. Shraiman, P. F. Glodis, and M. J. Stephen, Nature 404, 262 (2000).
    [CrossRef] [PubMed]
  2. Y. Fujimoto and M. Nakatsuka, Jpn. J. Appl. Phys. 40, L279 (2001).
    [CrossRef]
  3. J. Ruan, E. Wu, B. Wu, H. Zeng, Q. Zhang, G. Dong, Y. Qiao, D. Chen, and J. Qiu, J. Opt. Soc. Am. B 26, 778 (2009).
    [CrossRef]
  4. J. Ruan, E. Wu, H. Zeng, S. Zhou, G. Lakshminarayana, and J. Qiu, Appl. Phys. Lett. 92, 101121 (2008).
    [CrossRef]
  5. I. Razdobreev, L. Bigot, V. Pureur, A. Favre, G. Bouwmans, and M. Douay, Appl. Phys. Lett. 90, 031103 (2007).
    [CrossRef]
  6. V. V. Dvoyrin, V. M. Mashinsky, L. I. Bulatov, I. A. Bufetov, A. V. Shubin, M. A. Melkumov, E. F. Kustov, E. M. Dianov, A. A. Umnikov, V. F. Khopin, M. V. Yashkov, and A. N. Guryanov, Opt. Lett. 31, 2966 (2006).
    [CrossRef] [PubMed]
  7. H. Sun, A. Hosokawa, Y. Miwa, F. Shimaoka, M. Fujii, M. Mizuhata, S. Hayashi, and S. Deki, Adv. Mater. 21, 3694 (2009).
    [CrossRef]
  8. L. Su, J. Yu, P. Zhou, H. Li, L. Zheng, Y. Yang, F. Wu, H. Xia, and J. Xu, Opt. Lett. 34, 2504 (2009).
    [CrossRef] [PubMed]
  9. A. Okhrimchuk, L. Butvina, E. Dianov, N. Lichkova, V. Zagorodnev, and K. Boldyrev, Opt. Lett. 33, 2182 (2008).
    [CrossRef] [PubMed]
  10. M. Fujii, M. Yoshida, Y. Kanzawa, S. Hayashi, and K. Yamamoto, Appl. Phys. Lett. 71, 1198 (1997).
    [CrossRef]
  11. H. Han, S. Seo, J. H. Shin, and D. Kim, J. Appl. Phys. 88, 2160 (2000).
    [CrossRef]
  12. P. G. Kik and A. Polman, J. Appl. Phys. 88, 1992 (2000).
    [CrossRef]
  13. G. Franzò, S. Boninelli, D. Pacifici, F. Priolo, F. Iacona, and C. Bongiorno, Appl. Phys. Lett. 82, 3871 (2003).
    [CrossRef]
  14. F. Iacona, G. Franzò, E. C. Moreira, and F. Priolo, J. Appl. Phys. 89, 8354 (2001).
    [CrossRef]
  15. S. Yerci, R. Li, S. O. Kucheyev, T. van Buuren, S. N. Basu, and L. Dal Negro, Appl. Phys. Lett. 95, 031107 (2009).
    [CrossRef]
  16. G. Blasse and A. Bril, J. Chem. Phys. 48, 217 (1968).
    [CrossRef]
  17. T. Förster, Ann. Physik 437, 55 (1948).
    [CrossRef]

2009 (4)

S. Yerci, R. Li, S. O. Kucheyev, T. van Buuren, S. N. Basu, and L. Dal Negro, Appl. Phys. Lett. 95, 031107 (2009).
[CrossRef]

H. Sun, A. Hosokawa, Y. Miwa, F. Shimaoka, M. Fujii, M. Mizuhata, S. Hayashi, and S. Deki, Adv. Mater. 21, 3694 (2009).
[CrossRef]

J. Ruan, E. Wu, B. Wu, H. Zeng, Q. Zhang, G. Dong, Y. Qiao, D. Chen, and J. Qiu, J. Opt. Soc. Am. B 26, 778 (2009).
[CrossRef]

L. Su, J. Yu, P. Zhou, H. Li, L. Zheng, Y. Yang, F. Wu, H. Xia, and J. Xu, Opt. Lett. 34, 2504 (2009).
[CrossRef] [PubMed]

2008 (2)

A. Okhrimchuk, L. Butvina, E. Dianov, N. Lichkova, V. Zagorodnev, and K. Boldyrev, Opt. Lett. 33, 2182 (2008).
[CrossRef] [PubMed]

J. Ruan, E. Wu, H. Zeng, S. Zhou, G. Lakshminarayana, and J. Qiu, Appl. Phys. Lett. 92, 101121 (2008).
[CrossRef]

2007 (1)

I. Razdobreev, L. Bigot, V. Pureur, A. Favre, G. Bouwmans, and M. Douay, Appl. Phys. Lett. 90, 031103 (2007).
[CrossRef]

2006 (1)

2003 (1)

G. Franzò, S. Boninelli, D. Pacifici, F. Priolo, F. Iacona, and C. Bongiorno, Appl. Phys. Lett. 82, 3871 (2003).
[CrossRef]

2001 (2)

F. Iacona, G. Franzò, E. C. Moreira, and F. Priolo, J. Appl. Phys. 89, 8354 (2001).
[CrossRef]

Y. Fujimoto and M. Nakatsuka, Jpn. J. Appl. Phys. 40, L279 (2001).
[CrossRef]

2000 (3)

H. Han, S. Seo, J. H. Shin, and D. Kim, J. Appl. Phys. 88, 2160 (2000).
[CrossRef]

P. G. Kik and A. Polman, J. Appl. Phys. 88, 1992 (2000).
[CrossRef]

G. A. Thomas, B. I. Shraiman, P. F. Glodis, and M. J. Stephen, Nature 404, 262 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

1997 (1)

M. Fujii, M. Yoshida, Y. Kanzawa, S. Hayashi, and K. Yamamoto, Appl. Phys. Lett. 71, 1198 (1997).
[CrossRef]

1968 (1)

G. Blasse and A. Bril, J. Chem. Phys. 48, 217 (1968).
[CrossRef]

1948 (1)

T. Förster, Ann. Physik 437, 55 (1948).
[CrossRef]

Basu, S. N.

S. Yerci, R. Li, S. O. Kucheyev, T. van Buuren, S. N. Basu, and L. Dal Negro, Appl. Phys. Lett. 95, 031107 (2009).
[CrossRef]

Bigot, L.

I. Razdobreev, L. Bigot, V. Pureur, A. Favre, G. Bouwmans, and M. Douay, Appl. Phys. Lett. 90, 031103 (2007).
[CrossRef]

Blasse, G.

G. Blasse and A. Bril, J. Chem. Phys. 48, 217 (1968).
[CrossRef]

Boldyrev, K.

Bongiorno, C.

G. Franzò, S. Boninelli, D. Pacifici, F. Priolo, F. Iacona, and C. Bongiorno, Appl. Phys. Lett. 82, 3871 (2003).
[CrossRef]

Boninelli, S.

G. Franzò, S. Boninelli, D. Pacifici, F. Priolo, F. Iacona, and C. Bongiorno, Appl. Phys. Lett. 82, 3871 (2003).
[CrossRef]

Bouwmans, G.

I. Razdobreev, L. Bigot, V. Pureur, A. Favre, G. Bouwmans, and M. Douay, Appl. Phys. Lett. 90, 031103 (2007).
[CrossRef]

Bril, A.

G. Blasse and A. Bril, J. Chem. Phys. 48, 217 (1968).
[CrossRef]

Bufetov, I. A.

Bulatov, L. I.

Butvina, L.

Chen, D.

Dal Negro, L.

S. Yerci, R. Li, S. O. Kucheyev, T. van Buuren, S. N. Basu, and L. Dal Negro, Appl. Phys. Lett. 95, 031107 (2009).
[CrossRef]

Deki, S.

H. Sun, A. Hosokawa, Y. Miwa, F. Shimaoka, M. Fujii, M. Mizuhata, S. Hayashi, and S. Deki, Adv. Mater. 21, 3694 (2009).
[CrossRef]

Dianov, E.

Dianov, E. M.

Dong, G.

Douay, M.

I. Razdobreev, L. Bigot, V. Pureur, A. Favre, G. Bouwmans, and M. Douay, Appl. Phys. Lett. 90, 031103 (2007).
[CrossRef]

Dvoyrin, V. V.

Favre, A.

I. Razdobreev, L. Bigot, V. Pureur, A. Favre, G. Bouwmans, and M. Douay, Appl. Phys. Lett. 90, 031103 (2007).
[CrossRef]

Förster, T.

T. Förster, Ann. Physik 437, 55 (1948).
[CrossRef]

Franzò, G.

G. Franzò, S. Boninelli, D. Pacifici, F. Priolo, F. Iacona, and C. Bongiorno, Appl. Phys. Lett. 82, 3871 (2003).
[CrossRef]

F. Iacona, G. Franzò, E. C. Moreira, and F. Priolo, J. Appl. Phys. 89, 8354 (2001).
[CrossRef]

Fujii, M.

H. Sun, A. Hosokawa, Y. Miwa, F. Shimaoka, M. Fujii, M. Mizuhata, S. Hayashi, and S. Deki, Adv. Mater. 21, 3694 (2009).
[CrossRef]

M. Fujii, M. Yoshida, Y. Kanzawa, S. Hayashi, and K. Yamamoto, Appl. Phys. Lett. 71, 1198 (1997).
[CrossRef]

Fujimoto, Y.

Y. Fujimoto and M. Nakatsuka, Jpn. J. Appl. Phys. 40, L279 (2001).
[CrossRef]

Glodis, P. F.

G. A. Thomas, B. I. Shraiman, P. F. Glodis, and M. J. Stephen, Nature 404, 262 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Guryanov, A. N.

Han, H.

H. Han, S. Seo, J. H. Shin, and D. Kim, J. Appl. Phys. 88, 2160 (2000).
[CrossRef]

Hayashi, S.

H. Sun, A. Hosokawa, Y. Miwa, F. Shimaoka, M. Fujii, M. Mizuhata, S. Hayashi, and S. Deki, Adv. Mater. 21, 3694 (2009).
[CrossRef]

M. Fujii, M. Yoshida, Y. Kanzawa, S. Hayashi, and K. Yamamoto, Appl. Phys. Lett. 71, 1198 (1997).
[CrossRef]

Hosokawa, A.

H. Sun, A. Hosokawa, Y. Miwa, F. Shimaoka, M. Fujii, M. Mizuhata, S. Hayashi, and S. Deki, Adv. Mater. 21, 3694 (2009).
[CrossRef]

Iacona, F.

G. Franzò, S. Boninelli, D. Pacifici, F. Priolo, F. Iacona, and C. Bongiorno, Appl. Phys. Lett. 82, 3871 (2003).
[CrossRef]

F. Iacona, G. Franzò, E. C. Moreira, and F. Priolo, J. Appl. Phys. 89, 8354 (2001).
[CrossRef]

Kanzawa, Y.

M. Fujii, M. Yoshida, Y. Kanzawa, S. Hayashi, and K. Yamamoto, Appl. Phys. Lett. 71, 1198 (1997).
[CrossRef]

Khopin, V. F.

Kik, P. G.

P. G. Kik and A. Polman, J. Appl. Phys. 88, 1992 (2000).
[CrossRef]

Kim, D.

H. Han, S. Seo, J. H. Shin, and D. Kim, J. Appl. Phys. 88, 2160 (2000).
[CrossRef]

Kucheyev, S. O.

S. Yerci, R. Li, S. O. Kucheyev, T. van Buuren, S. N. Basu, and L. Dal Negro, Appl. Phys. Lett. 95, 031107 (2009).
[CrossRef]

Kustov, E. F.

Lakshminarayana, G.

J. Ruan, E. Wu, H. Zeng, S. Zhou, G. Lakshminarayana, and J. Qiu, Appl. Phys. Lett. 92, 101121 (2008).
[CrossRef]

Li, H.

Li, R.

S. Yerci, R. Li, S. O. Kucheyev, T. van Buuren, S. N. Basu, and L. Dal Negro, Appl. Phys. Lett. 95, 031107 (2009).
[CrossRef]

Lichkova, N.

Mashinsky, V. M.

Melkumov, M. A.

Miwa, Y.

H. Sun, A. Hosokawa, Y. Miwa, F. Shimaoka, M. Fujii, M. Mizuhata, S. Hayashi, and S. Deki, Adv. Mater. 21, 3694 (2009).
[CrossRef]

Mizuhata, M.

H. Sun, A. Hosokawa, Y. Miwa, F. Shimaoka, M. Fujii, M. Mizuhata, S. Hayashi, and S. Deki, Adv. Mater. 21, 3694 (2009).
[CrossRef]

Moreira, E. C.

F. Iacona, G. Franzò, E. C. Moreira, and F. Priolo, J. Appl. Phys. 89, 8354 (2001).
[CrossRef]

Nakatsuka, M.

Y. Fujimoto and M. Nakatsuka, Jpn. J. Appl. Phys. 40, L279 (2001).
[CrossRef]

Okhrimchuk, A.

Pacifici, D.

G. Franzò, S. Boninelli, D. Pacifici, F. Priolo, F. Iacona, and C. Bongiorno, Appl. Phys. Lett. 82, 3871 (2003).
[CrossRef]

Polman, A.

P. G. Kik and A. Polman, J. Appl. Phys. 88, 1992 (2000).
[CrossRef]

Priolo, F.

G. Franzò, S. Boninelli, D. Pacifici, F. Priolo, F. Iacona, and C. Bongiorno, Appl. Phys. Lett. 82, 3871 (2003).
[CrossRef]

F. Iacona, G. Franzò, E. C. Moreira, and F. Priolo, J. Appl. Phys. 89, 8354 (2001).
[CrossRef]

Pureur, V.

I. Razdobreev, L. Bigot, V. Pureur, A. Favre, G. Bouwmans, and M. Douay, Appl. Phys. Lett. 90, 031103 (2007).
[CrossRef]

Qiao, Y.

Qiu, J.

J. Ruan, E. Wu, B. Wu, H. Zeng, Q. Zhang, G. Dong, Y. Qiao, D. Chen, and J. Qiu, J. Opt. Soc. Am. B 26, 778 (2009).
[CrossRef]

J. Ruan, E. Wu, H. Zeng, S. Zhou, G. Lakshminarayana, and J. Qiu, Appl. Phys. Lett. 92, 101121 (2008).
[CrossRef]

Razdobreev, I.

I. Razdobreev, L. Bigot, V. Pureur, A. Favre, G. Bouwmans, and M. Douay, Appl. Phys. Lett. 90, 031103 (2007).
[CrossRef]

Ruan, J.

J. Ruan, E. Wu, B. Wu, H. Zeng, Q. Zhang, G. Dong, Y. Qiao, D. Chen, and J. Qiu, J. Opt. Soc. Am. B 26, 778 (2009).
[CrossRef]

J. Ruan, E. Wu, H. Zeng, S. Zhou, G. Lakshminarayana, and J. Qiu, Appl. Phys. Lett. 92, 101121 (2008).
[CrossRef]

Seo, S.

H. Han, S. Seo, J. H. Shin, and D. Kim, J. Appl. Phys. 88, 2160 (2000).
[CrossRef]

Shimaoka, F.

H. Sun, A. Hosokawa, Y. Miwa, F. Shimaoka, M. Fujii, M. Mizuhata, S. Hayashi, and S. Deki, Adv. Mater. 21, 3694 (2009).
[CrossRef]

Shin, J. H.

H. Han, S. Seo, J. H. Shin, and D. Kim, J. Appl. Phys. 88, 2160 (2000).
[CrossRef]

Shraiman, B. I.

G. A. Thomas, B. I. Shraiman, P. F. Glodis, and M. J. Stephen, Nature 404, 262 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Shubin, A. V.

Stephen, M. J.

G. A. Thomas, B. I. Shraiman, P. F. Glodis, and M. J. Stephen, Nature 404, 262 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Su, L.

Sun, H.

H. Sun, A. Hosokawa, Y. Miwa, F. Shimaoka, M. Fujii, M. Mizuhata, S. Hayashi, and S. Deki, Adv. Mater. 21, 3694 (2009).
[CrossRef]

Thomas, G. A.

G. A. Thomas, B. I. Shraiman, P. F. Glodis, and M. J. Stephen, Nature 404, 262 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Umnikov, A. A.

van Buuren, T.

S. Yerci, R. Li, S. O. Kucheyev, T. van Buuren, S. N. Basu, and L. Dal Negro, Appl. Phys. Lett. 95, 031107 (2009).
[CrossRef]

Wu, B.

Wu, E.

J. Ruan, E. Wu, B. Wu, H. Zeng, Q. Zhang, G. Dong, Y. Qiao, D. Chen, and J. Qiu, J. Opt. Soc. Am. B 26, 778 (2009).
[CrossRef]

J. Ruan, E. Wu, H. Zeng, S. Zhou, G. Lakshminarayana, and J. Qiu, Appl. Phys. Lett. 92, 101121 (2008).
[CrossRef]

Wu, F.

Xia, H.

Xu, J.

Yamamoto, K.

M. Fujii, M. Yoshida, Y. Kanzawa, S. Hayashi, and K. Yamamoto, Appl. Phys. Lett. 71, 1198 (1997).
[CrossRef]

Yang, Y.

Yashkov, M. V.

Yerci, S.

S. Yerci, R. Li, S. O. Kucheyev, T. van Buuren, S. N. Basu, and L. Dal Negro, Appl. Phys. Lett. 95, 031107 (2009).
[CrossRef]

Yoshida, M.

M. Fujii, M. Yoshida, Y. Kanzawa, S. Hayashi, and K. Yamamoto, Appl. Phys. Lett. 71, 1198 (1997).
[CrossRef]

Yu, J.

Zagorodnev, V.

Zeng, H.

J. Ruan, E. Wu, B. Wu, H. Zeng, Q. Zhang, G. Dong, Y. Qiao, D. Chen, and J. Qiu, J. Opt. Soc. Am. B 26, 778 (2009).
[CrossRef]

J. Ruan, E. Wu, H. Zeng, S. Zhou, G. Lakshminarayana, and J. Qiu, Appl. Phys. Lett. 92, 101121 (2008).
[CrossRef]

Zhang, Q.

Zheng, L.

Zhou, P.

Zhou, S.

J. Ruan, E. Wu, H. Zeng, S. Zhou, G. Lakshminarayana, and J. Qiu, Appl. Phys. Lett. 92, 101121 (2008).
[CrossRef]

Adv. Mater. (1)

H. Sun, A. Hosokawa, Y. Miwa, F. Shimaoka, M. Fujii, M. Mizuhata, S. Hayashi, and S. Deki, Adv. Mater. 21, 3694 (2009).
[CrossRef]

Ann. Physik (1)

T. Förster, Ann. Physik 437, 55 (1948).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (5)

G. Franzò, S. Boninelli, D. Pacifici, F. Priolo, F. Iacona, and C. Bongiorno, Appl. Phys. Lett. 82, 3871 (2003).
[CrossRef]

S. Yerci, R. Li, S. O. Kucheyev, T. van Buuren, S. N. Basu, and L. Dal Negro, Appl. Phys. Lett. 95, 031107 (2009).
[CrossRef]

M. Fujii, M. Yoshida, Y. Kanzawa, S. Hayashi, and K. Yamamoto, Appl. Phys. Lett. 71, 1198 (1997).
[CrossRef]

J. Ruan, E. Wu, H. Zeng, S. Zhou, G. Lakshminarayana, and J. Qiu, Appl. Phys. Lett. 92, 101121 (2008).
[CrossRef]

I. Razdobreev, L. Bigot, V. Pureur, A. Favre, G. Bouwmans, and M. Douay, Appl. Phys. Lett. 90, 031103 (2007).
[CrossRef]

J. Appl. Phys. (3)

H. Han, S. Seo, J. H. Shin, and D. Kim, J. Appl. Phys. 88, 2160 (2000).
[CrossRef]

P. G. Kik and A. Polman, J. Appl. Phys. 88, 1992 (2000).
[CrossRef]

F. Iacona, G. Franzò, E. C. Moreira, and F. Priolo, J. Appl. Phys. 89, 8354 (2001).
[CrossRef]

J. Chem. Phys. (1)

G. Blasse and A. Bril, J. Chem. Phys. 48, 217 (1968).
[CrossRef]

J. Opt. Soc. Am. B (1)

Jpn. J. Appl. Phys. (1)

Y. Fujimoto and M. Nakatsuka, Jpn. J. Appl. Phys. 40, L279 (2001).
[CrossRef]

Nature (1)

G. A. Thomas, B. I. Shraiman, P. F. Glodis, and M. J. Stephen, Nature 404, 262 (2000).
[CrossRef] [PubMed]

Opt. Lett. (3)

Cited By

OSA participates in CrossRef's Cited-By Linking service. Citing articles from OSA journals and other participating publishers are listed here.

Alert me when this article is cited.


Figures (4)

Fig. 1
Fig. 1

(a) Cross-sectional HRTEM image of the annealed superlattices. (b) HRTEM image of one individual Si-nc with clearly resolved lattice fringe of ( 111 ) planes. (c) Electron diffraction pattern of the sample.

Fig. 2
Fig. 2

(a) NIR PL spectra of the annealed glass film (G) and superlattices (S) under the excitation of 325 and 405 nm . (b) Normalized NIR PL spectra of the above samples. (c) Enhancement factors as a function of excitation wavelength.

Fig. 3
Fig. 3

PLE spectra of the glass film and the superlattices (left scale) and transmission spectrum of the bulk glass with a thickness of 3.6 mm (right scale). Note that the curves in the PLE spectra were drawn for guiding the eye.

Fig. 4
Fig. 4

(a) Normalized NIR PL spectra of Bi-doped glass film under the excitation of different wavelengths. (b) PL time transient of the superlattices. The detected and excitation wavelengths are 1230 and 488 nm , respectively. Note that the glass film does not show PL delay under the same measurement condition.

Metrics