硅中 G 色心系综的光学性质

我们研究了通过向绝缘体上硅晶片进行离子注入获得的硅中所谓 G 色心（由与间隙硅相互作用的替位-间隙碳对组成）的载流子动力学。对于这种在电信波长范围内发光的硅点缺陷，我们通过时间分辨光致发光光谱揭示了其复合动力学。更具体地说，我们进行了作为激发能量、入射功率、辐照注量和温度函数的详细光致发光实验，以研究辐射和非辐射复合通道对 G 色心光谱、产率和寿命的影响。在 969 meV ($\sim$1280 nm) 处发射的锐线和在较低能量处发展的宽不对称侧带具有相同的复合动力学，如对每个光谱分量选择性进行的时间分辨实验所示。这一特征解释了两条发射带的共同起源，它们被明确地归因于零声子线和相应的声子侧带。在采用非微扰计算的 Huang-Rhys 理论框架下，我们估计 G 色心中电子波函数的空间扩展为 1.6$\pm$0.1 $\angstrom$。在低温下测量的辐射复合时间在 6 ns 范围内。对作为温度函数的辐射和非辐射复合率的估计进一步证明了恒定的辐射寿命。最后，尽管 G 色心是硅中的浅能级，我们发现 Debye-Waller 因子的值与宽禁带材料中的深能级相当。我们的结果指出了 G 色心作为固态光源集成到通用硅平台光电器件中的潜力。