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Photoluminescence properties of carbon-doped $$beta$$-FeSi$$_{2}$$ nanocrystals

炭素ドープした$$beta$$-FeSi$$_{2}$$ナノ結晶のフォトルミネッセンス特性

前田 佳均; 西村 健太郎*; 中島 孝仁*; 松倉 武偉*; 鳴海 一雅; 境 誠司

Maeda, Yoshihito; Nishimura, Kentaro*; Nakajima, Takahito*; Matsukura, Bui*; Narumi, Kazumasa; Sakai, Seiji

炭素ドープによる$$beta$$-FeSi$$_{2}$$からの固有フォトルミネッセンス(PL)の増強を報告する。平均サイズが14nmのナノ結晶に適切な量のC$$_{60}$$$$^{+}$$イオンを注入すると、PL強度が260%増大し、炭素ドープしていないナノ結晶に比べると励起子の束縛エネルギーが1.8meV大きくなった。さらに、PL強度の増大と励起子の束縛エネルギーの増大の間にはっきりと相関があることを見いだした。この結果は、シリサイドの格子中にドープされた炭素原子が等電子トラップとして振る舞い、理論的に予測されているような安定状態を持つ束縛励起子をおそらく形成することを示唆している。このように$$beta$$-FeSi$$_{2}$$のナノ結晶についてPL強度増大の新しいメカニズムを発見した。

We report enhancement of intrinsic photoluminescence (PL) from $$beta$$-FeSi$$_{2}$$ nanocrystals by doping carbon. In the appropriate dose of C$$_{60}$$$$^{+}$$ ion implantation into the average nanocrystal size of 14 nm, the PL intensity was enhanced by 260% and increase of the exciton binding energy of 1.8 meV in comparison with that of the non-doped nanocrystal. Furthermore, we found that there was a clear correlation between the PL enhancement and increase of the exciton binding energy. This important result suggests that carbon atoms doped in the silicide lattice may play as an isoelectronic trap and probably form bound excitons with stable states as predicted theoretically. We found a new mechanism of the PL enhancement for $$beta$$-FeSi$$_{2}$$ nanocrystals.

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