Abstract

We report on photoluminescence in the 1.72.1μm range of silicon doped with thulium. This is achieved by the implantation of Tm into silicon that has been codoped with boron to reduce the thermal quenching. At least six strong lines can be distinguished at 80K; at 300K, the spectrum is dominated by the main emission at 2μm. These emissions are attributed to the trivalent Tm3+ internal transitions between the first excited state and the ground state.

© 2011 Optical Society of America

Full Article  |  PDF Article

References

  • View by:
  • |
  • |
  • |

  1. K. Scholle, S. Lamrini, P. Koopmann, and P. Fuhrberg, in Frontiers in Guided Wave Optics and Optoelectronics, B.Pal ed. (INTECH, 2010), pp. 471–500.
  2. G. S. Pomrenke, E. Silkowski, J. E. Colon, D. J. Topp, Y. K. Yeo, and R. L. Hengehold, J. Appl. Phys. 71, 1919(1992).
    [CrossRef]
  3. M. A. Lourenço, R. M. Gwilliam, and K. P. Homewood, Appl. Phys. Lett. 92, 161108 (2008).
    [CrossRef]
  4. M. A. Lourenço, C. Opoku, R. M. Gwilliam, and K. P. Homewood, Opt. Mater. 32, 1597 (2010).
    [CrossRef]
  5. L. F. Johnson, J. E. Geusic, and L. G. Van Uitert, Appl. Phys. Lett. 7, 127 (1965).
    [CrossRef]
  6. W. L. Ng, M. A. Lourenço, R. M. Gwilliam, S. Ledain, G. Shao, and K. P. Homewood, Nature 410, 192 (2001).
    [CrossRef] [PubMed]
  7. D. S. Pytalev, S. A. Klimin, and M. N. Popova, J. Rare Earths 27, 624 (2009).
    [CrossRef]
  8. H. P. Jenssen, A. Linz, R. P. Leavitt, C. A. Morrison, and D. E. Wortman, Phys. Rev. B 11, 92 (1975).
    [CrossRef]
  9. L. F. Johnson, J. Appl. Phys. 34, 897 (1963).
    [CrossRef]
  10. C. Y. Chen, W. A. Sibley, D. C. Yeh, and C. A. Hunt, J. Lumin. 43, 185 (1989).
    [CrossRef]
  11. M. D. Seltzer, J. B. Gruber, M. E. Hills, G. J. Quarles, and C. A. Morrison, J. Appl. Phys. 74, 2821 (1993).
    [CrossRef]
  12. K. Pressel, J. Weber, C. Hiller, D. Ottenwälder, W. Kürner, A. Dörnen, F. Scholz, K. Locke, D. Wiedmann, and F. Cordeddu, Appl. Phys. Lett. 61, 560 (1992).
    [CrossRef]
  13. M. Milosavlejić, M. A. Lourenço, G. Shao, R. M. Gwilliam, and K. P. Homewood, Appl. Phys. B 83, 289 (2006).
    [CrossRef]

2010 (1)

M. A. Lourenço, C. Opoku, R. M. Gwilliam, and K. P. Homewood, Opt. Mater. 32, 1597 (2010).
[CrossRef]

2009 (1)

D. S. Pytalev, S. A. Klimin, and M. N. Popova, J. Rare Earths 27, 624 (2009).
[CrossRef]

2008 (1)

M. A. Lourenço, R. M. Gwilliam, and K. P. Homewood, Appl. Phys. Lett. 92, 161108 (2008).
[CrossRef]

2006 (1)

M. Milosavlejić, M. A. Lourenço, G. Shao, R. M. Gwilliam, and K. P. Homewood, Appl. Phys. B 83, 289 (2006).
[CrossRef]

2001 (1)

W. L. Ng, M. A. Lourenço, R. M. Gwilliam, S. Ledain, G. Shao, and K. P. Homewood, Nature 410, 192 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

1993 (1)

M. D. Seltzer, J. B. Gruber, M. E. Hills, G. J. Quarles, and C. A. Morrison, J. Appl. Phys. 74, 2821 (1993).
[CrossRef]

1992 (2)

K. Pressel, J. Weber, C. Hiller, D. Ottenwälder, W. Kürner, A. Dörnen, F. Scholz, K. Locke, D. Wiedmann, and F. Cordeddu, Appl. Phys. Lett. 61, 560 (1992).
[CrossRef]

G. S. Pomrenke, E. Silkowski, J. E. Colon, D. J. Topp, Y. K. Yeo, and R. L. Hengehold, J. Appl. Phys. 71, 1919(1992).
[CrossRef]

1989 (1)

C. Y. Chen, W. A. Sibley, D. C. Yeh, and C. A. Hunt, J. Lumin. 43, 185 (1989).
[CrossRef]

1975 (1)

H. P. Jenssen, A. Linz, R. P. Leavitt, C. A. Morrison, and D. E. Wortman, Phys. Rev. B 11, 92 (1975).
[CrossRef]

1965 (1)

L. F. Johnson, J. E. Geusic, and L. G. Van Uitert, Appl. Phys. Lett. 7, 127 (1965).
[CrossRef]

1963 (1)

L. F. Johnson, J. Appl. Phys. 34, 897 (1963).
[CrossRef]

Chen, C. Y.

C. Y. Chen, W. A. Sibley, D. C. Yeh, and C. A. Hunt, J. Lumin. 43, 185 (1989).
[CrossRef]

Colon, J. E.

G. S. Pomrenke, E. Silkowski, J. E. Colon, D. J. Topp, Y. K. Yeo, and R. L. Hengehold, J. Appl. Phys. 71, 1919(1992).
[CrossRef]

Cordeddu, F.

K. Pressel, J. Weber, C. Hiller, D. Ottenwälder, W. Kürner, A. Dörnen, F. Scholz, K. Locke, D. Wiedmann, and F. Cordeddu, Appl. Phys. Lett. 61, 560 (1992).
[CrossRef]

Dörnen, A.

K. Pressel, J. Weber, C. Hiller, D. Ottenwälder, W. Kürner, A. Dörnen, F. Scholz, K. Locke, D. Wiedmann, and F. Cordeddu, Appl. Phys. Lett. 61, 560 (1992).
[CrossRef]

Fuhrberg, P.

K. Scholle, S. Lamrini, P. Koopmann, and P. Fuhrberg, in Frontiers in Guided Wave Optics and Optoelectronics, B.Pal ed. (INTECH, 2010), pp. 471–500.

Geusic, J. E.

L. F. Johnson, J. E. Geusic, and L. G. Van Uitert, Appl. Phys. Lett. 7, 127 (1965).
[CrossRef]

Gruber, J. B.

M. D. Seltzer, J. B. Gruber, M. E. Hills, G. J. Quarles, and C. A. Morrison, J. Appl. Phys. 74, 2821 (1993).
[CrossRef]

Gwilliam, R. M.

M. A. Lourenço, C. Opoku, R. M. Gwilliam, and K. P. Homewood, Opt. Mater. 32, 1597 (2010).
[CrossRef]

M. A. Lourenço, R. M. Gwilliam, and K. P. Homewood, Appl. Phys. Lett. 92, 161108 (2008).
[CrossRef]

M. Milosavlejić, M. A. Lourenço, G. Shao, R. M. Gwilliam, and K. P. Homewood, Appl. Phys. B 83, 289 (2006).
[CrossRef]

W. L. Ng, M. A. Lourenço, R. M. Gwilliam, S. Ledain, G. Shao, and K. P. Homewood, Nature 410, 192 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Hengehold, R. L.

G. S. Pomrenke, E. Silkowski, J. E. Colon, D. J. Topp, Y. K. Yeo, and R. L. Hengehold, J. Appl. Phys. 71, 1919(1992).
[CrossRef]

Hiller, C.

K. Pressel, J. Weber, C. Hiller, D. Ottenwälder, W. Kürner, A. Dörnen, F. Scholz, K. Locke, D. Wiedmann, and F. Cordeddu, Appl. Phys. Lett. 61, 560 (1992).
[CrossRef]

Hills, M. E.

M. D. Seltzer, J. B. Gruber, M. E. Hills, G. J. Quarles, and C. A. Morrison, J. Appl. Phys. 74, 2821 (1993).
[CrossRef]

Homewood, K. P.

M. A. Lourenço, C. Opoku, R. M. Gwilliam, and K. P. Homewood, Opt. Mater. 32, 1597 (2010).
[CrossRef]

M. A. Lourenço, R. M. Gwilliam, and K. P. Homewood, Appl. Phys. Lett. 92, 161108 (2008).
[CrossRef]

M. Milosavlejić, M. A. Lourenço, G. Shao, R. M. Gwilliam, and K. P. Homewood, Appl. Phys. B 83, 289 (2006).
[CrossRef]

W. L. Ng, M. A. Lourenço, R. M. Gwilliam, S. Ledain, G. Shao, and K. P. Homewood, Nature 410, 192 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Hunt, C. A.

C. Y. Chen, W. A. Sibley, D. C. Yeh, and C. A. Hunt, J. Lumin. 43, 185 (1989).
[CrossRef]

Jenssen, H. P.

H. P. Jenssen, A. Linz, R. P. Leavitt, C. A. Morrison, and D. E. Wortman, Phys. Rev. B 11, 92 (1975).
[CrossRef]

Johnson, L. F.

L. F. Johnson, J. E. Geusic, and L. G. Van Uitert, Appl. Phys. Lett. 7, 127 (1965).
[CrossRef]

L. F. Johnson, J. Appl. Phys. 34, 897 (1963).
[CrossRef]

Klimin, S. A.

D. S. Pytalev, S. A. Klimin, and M. N. Popova, J. Rare Earths 27, 624 (2009).
[CrossRef]

Koopmann, P.

K. Scholle, S. Lamrini, P. Koopmann, and P. Fuhrberg, in Frontiers in Guided Wave Optics and Optoelectronics, B.Pal ed. (INTECH, 2010), pp. 471–500.

Kürner, W.

K. Pressel, J. Weber, C. Hiller, D. Ottenwälder, W. Kürner, A. Dörnen, F. Scholz, K. Locke, D. Wiedmann, and F. Cordeddu, Appl. Phys. Lett. 61, 560 (1992).
[CrossRef]

Lamrini, S.

K. Scholle, S. Lamrini, P. Koopmann, and P. Fuhrberg, in Frontiers in Guided Wave Optics and Optoelectronics, B.Pal ed. (INTECH, 2010), pp. 471–500.

Leavitt, R. P.

H. P. Jenssen, A. Linz, R. P. Leavitt, C. A. Morrison, and D. E. Wortman, Phys. Rev. B 11, 92 (1975).
[CrossRef]

Ledain, S.

W. L. Ng, M. A. Lourenço, R. M. Gwilliam, S. Ledain, G. Shao, and K. P. Homewood, Nature 410, 192 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Linz, A.

H. P. Jenssen, A. Linz, R. P. Leavitt, C. A. Morrison, and D. E. Wortman, Phys. Rev. B 11, 92 (1975).
[CrossRef]

Locke, K.

K. Pressel, J. Weber, C. Hiller, D. Ottenwälder, W. Kürner, A. Dörnen, F. Scholz, K. Locke, D. Wiedmann, and F. Cordeddu, Appl. Phys. Lett. 61, 560 (1992).
[CrossRef]

Lourenço, M. A.

M. A. Lourenço, C. Opoku, R. M. Gwilliam, and K. P. Homewood, Opt. Mater. 32, 1597 (2010).
[CrossRef]

M. A. Lourenço, R. M. Gwilliam, and K. P. Homewood, Appl. Phys. Lett. 92, 161108 (2008).
[CrossRef]

M. Milosavlejić, M. A. Lourenço, G. Shao, R. M. Gwilliam, and K. P. Homewood, Appl. Phys. B 83, 289 (2006).
[CrossRef]

W. L. Ng, M. A. Lourenço, R. M. Gwilliam, S. Ledain, G. Shao, and K. P. Homewood, Nature 410, 192 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Milosavlejic, M.

M. Milosavlejić, M. A. Lourenço, G. Shao, R. M. Gwilliam, and K. P. Homewood, Appl. Phys. B 83, 289 (2006).
[CrossRef]

Morrison, C. A.

M. D. Seltzer, J. B. Gruber, M. E. Hills, G. J. Quarles, and C. A. Morrison, J. Appl. Phys. 74, 2821 (1993).
[CrossRef]

H. P. Jenssen, A. Linz, R. P. Leavitt, C. A. Morrison, and D. E. Wortman, Phys. Rev. B 11, 92 (1975).
[CrossRef]

Ng, W. L.

W. L. Ng, M. A. Lourenço, R. M. Gwilliam, S. Ledain, G. Shao, and K. P. Homewood, Nature 410, 192 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Opoku, C.

M. A. Lourenço, C. Opoku, R. M. Gwilliam, and K. P. Homewood, Opt. Mater. 32, 1597 (2010).
[CrossRef]

Ottenwälder, D.

K. Pressel, J. Weber, C. Hiller, D. Ottenwälder, W. Kürner, A. Dörnen, F. Scholz, K. Locke, D. Wiedmann, and F. Cordeddu, Appl. Phys. Lett. 61, 560 (1992).
[CrossRef]

Pomrenke, G. S.

G. S. Pomrenke, E. Silkowski, J. E. Colon, D. J. Topp, Y. K. Yeo, and R. L. Hengehold, J. Appl. Phys. 71, 1919(1992).
[CrossRef]

Popova, M. N.

D. S. Pytalev, S. A. Klimin, and M. N. Popova, J. Rare Earths 27, 624 (2009).
[CrossRef]

Pressel, K.

K. Pressel, J. Weber, C. Hiller, D. Ottenwälder, W. Kürner, A. Dörnen, F. Scholz, K. Locke, D. Wiedmann, and F. Cordeddu, Appl. Phys. Lett. 61, 560 (1992).
[CrossRef]

Pytalev, D. S.

D. S. Pytalev, S. A. Klimin, and M. N. Popova, J. Rare Earths 27, 624 (2009).
[CrossRef]

Quarles, G. J.

M. D. Seltzer, J. B. Gruber, M. E. Hills, G. J. Quarles, and C. A. Morrison, J. Appl. Phys. 74, 2821 (1993).
[CrossRef]

Scholle, K.

K. Scholle, S. Lamrini, P. Koopmann, and P. Fuhrberg, in Frontiers in Guided Wave Optics and Optoelectronics, B.Pal ed. (INTECH, 2010), pp. 471–500.

Scholz, F.

K. Pressel, J. Weber, C. Hiller, D. Ottenwälder, W. Kürner, A. Dörnen, F. Scholz, K. Locke, D. Wiedmann, and F. Cordeddu, Appl. Phys. Lett. 61, 560 (1992).
[CrossRef]

Seltzer, M. D.

M. D. Seltzer, J. B. Gruber, M. E. Hills, G. J. Quarles, and C. A. Morrison, J. Appl. Phys. 74, 2821 (1993).
[CrossRef]

Shao, G.

M. Milosavlejić, M. A. Lourenço, G. Shao, R. M. Gwilliam, and K. P. Homewood, Appl. Phys. B 83, 289 (2006).
[CrossRef]

W. L. Ng, M. A. Lourenço, R. M. Gwilliam, S. Ledain, G. Shao, and K. P. Homewood, Nature 410, 192 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Sibley, W. A.

C. Y. Chen, W. A. Sibley, D. C. Yeh, and C. A. Hunt, J. Lumin. 43, 185 (1989).
[CrossRef]

Silkowski, E.

G. S. Pomrenke, E. Silkowski, J. E. Colon, D. J. Topp, Y. K. Yeo, and R. L. Hengehold, J. Appl. Phys. 71, 1919(1992).
[CrossRef]

Topp, D. J.

G. S. Pomrenke, E. Silkowski, J. E. Colon, D. J. Topp, Y. K. Yeo, and R. L. Hengehold, J. Appl. Phys. 71, 1919(1992).
[CrossRef]

Van Uitert, L. G.

L. F. Johnson, J. E. Geusic, and L. G. Van Uitert, Appl. Phys. Lett. 7, 127 (1965).
[CrossRef]

Weber, J.

K. Pressel, J. Weber, C. Hiller, D. Ottenwälder, W. Kürner, A. Dörnen, F. Scholz, K. Locke, D. Wiedmann, and F. Cordeddu, Appl. Phys. Lett. 61, 560 (1992).
[CrossRef]

Wiedmann, D.

K. Pressel, J. Weber, C. Hiller, D. Ottenwälder, W. Kürner, A. Dörnen, F. Scholz, K. Locke, D. Wiedmann, and F. Cordeddu, Appl. Phys. Lett. 61, 560 (1992).
[CrossRef]

Wortman, D. E.

H. P. Jenssen, A. Linz, R. P. Leavitt, C. A. Morrison, and D. E. Wortman, Phys. Rev. B 11, 92 (1975).
[CrossRef]

Yeh, D. C.

C. Y. Chen, W. A. Sibley, D. C. Yeh, and C. A. Hunt, J. Lumin. 43, 185 (1989).
[CrossRef]

Yeo, Y. K.

G. S. Pomrenke, E. Silkowski, J. E. Colon, D. J. Topp, Y. K. Yeo, and R. L. Hengehold, J. Appl. Phys. 71, 1919(1992).
[CrossRef]

Appl. Phys. B (1)

M. Milosavlejić, M. A. Lourenço, G. Shao, R. M. Gwilliam, and K. P. Homewood, Appl. Phys. B 83, 289 (2006).
[CrossRef]

Appl. Phys. Lett. (3)

K. Pressel, J. Weber, C. Hiller, D. Ottenwälder, W. Kürner, A. Dörnen, F. Scholz, K. Locke, D. Wiedmann, and F. Cordeddu, Appl. Phys. Lett. 61, 560 (1992).
[CrossRef]

M. A. Lourenço, R. M. Gwilliam, and K. P. Homewood, Appl. Phys. Lett. 92, 161108 (2008).
[CrossRef]

L. F. Johnson, J. E. Geusic, and L. G. Van Uitert, Appl. Phys. Lett. 7, 127 (1965).
[CrossRef]

J. Appl. Phys. (3)

G. S. Pomrenke, E. Silkowski, J. E. Colon, D. J. Topp, Y. K. Yeo, and R. L. Hengehold, J. Appl. Phys. 71, 1919(1992).
[CrossRef]

M. D. Seltzer, J. B. Gruber, M. E. Hills, G. J. Quarles, and C. A. Morrison, J. Appl. Phys. 74, 2821 (1993).
[CrossRef]

L. F. Johnson, J. Appl. Phys. 34, 897 (1963).
[CrossRef]

J. Lumin. (1)

C. Y. Chen, W. A. Sibley, D. C. Yeh, and C. A. Hunt, J. Lumin. 43, 185 (1989).
[CrossRef]

J. Rare Earths (1)

D. S. Pytalev, S. A. Klimin, and M. N. Popova, J. Rare Earths 27, 624 (2009).
[CrossRef]

Nature (1)

W. L. Ng, M. A. Lourenço, R. M. Gwilliam, S. Ledain, G. Shao, and K. P. Homewood, Nature 410, 192 (2001).
[CrossRef] [PubMed]

Opt. Mater. (1)

M. A. Lourenço, C. Opoku, R. M. Gwilliam, and K. P. Homewood, Opt. Mater. 32, 1597 (2010).
[CrossRef]

Phys. Rev. B (1)

H. P. Jenssen, A. Linz, R. P. Leavitt, C. A. Morrison, and D. E. Wortman, Phys. Rev. B 11, 92 (1975).
[CrossRef]

Other (1)

K. Scholle, S. Lamrini, P. Koopmann, and P. Fuhrberg, in Frontiers in Guided Wave Optics and Optoelectronics, B.Pal ed. (INTECH, 2010), pp. 471–500.

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 (3)

Fig. 1
Fig. 1

Photoluminescence spectrum measured at 80 K of Tm 3 + : Si sample codoped with B and annealed at 850 °C for 1 min.

Fig. 2
Fig. 2

Photoluminescence spectrum of a Tm 3 + : Si sample annealed at 850 °C for 1 min measured at different temperatures. The 2016.2 nm peak quenches faster and is practically absent at room temperature, where the spectrum is dominated by a sharp peak centered at 1995 nm . The spectra have been displaced along the vertical axes for clarity.

Fig. 3
Fig. 3

Expanded spectra detailing the main emissions observed at 80 K in the Tm 3 + : Si system (a) at the 1700 1960 nm range and (b) at the 1960 2080 nm range.

Tables (1)

Tables Icon

Table 1 List of the Main Transitions, in nm, Identified in the Tm 3 + : Si System (This Work, at 80 K and 300 K ) as Well as PreviouslyReported Transitions from [9] ( CaWO 4 / 77 K ), [10] ( KCaF 3 / 15 K ), [11] (Yttrium Scandium Gallium Garnet/ 77 K ), and [12]

Metrics