Optical properties of Er–doped GaN

 

H. Castañeda López^a, Seong–Il Kim^b, Young–Hwan Kim^b, Yong Tae Kim^b, Akihiro Wakahara^c, Chang–Sik Son^d, and In–Hoon Choi^e

 

^a Instituto Mexicano del Petróleo, México.

^b Semiconductor Devices Laboratory, KIST, Seoul 136–791, Korea.

^c Department of Electrical and Electronic Engineering, Toyohashi University of Technology, Toyohashi 441–8580, Japan.

^d Deparment of Photonics, FIMM, Silla University, Busan 617–736, Korea, e–mail: csson@silla.ac.kr

^e Department of Materials Science and Engineering, Korea University, Seoul 136–701, Korea.

 

Recibido el 9 de junio de 2006
Aceptado el 11 de septiembre de 2006

 

Abstract

Optical properties of Er (Erbium)–doped GaN epilayers have been investigated using photoluminescence (PL). Various doses of Er ions were implanted on GaN epilayers by ion implantation. Sharp visible green emission lines due to inner 4f shell transitions for Er³⁺ were observed from the PL spectrum of Er–implanted GaN. The emission spectrum consists of two narrow green lines at 537 and 558 nm. The green emission lines are identified as Er³⁺ transitions from the ⁵H_11/2 and ⁴S_3/2 levels to the ⁴I_15/2 ground state. The stronger peaks in the 5 × 10 ¹⁴ cm^–2 sample, together with the relatively higher intensity of the Er³⁺ luminescence in the lower doped sample, imply that some damage remains in the 1 × 10¹⁵ cm^–2 sample. The peak positions of emission lines due to inner 4f shell transitions for Er³⁺ do not change with increasing temperature. This indicates that Er³⁺ related emission depends very little on the ambient temperature.

Keywords: GaN; implantation; Er; photoluminescence.

 

Resumen

Las propiedades ópticas de epicapas de GaN dopadas con Er (erbium) se han investigado usando fotoluminiscencia (FL). Varias dosis de iones de Er se implantaron en epicapas de GaN por implantación de iones. Se observaron líneas claramente visibles de emisión verde debidas a la transición de la capa interna 4f para Er³⁺ del espectro de FL de GaN implantado con Er. El espectro de emisión consiste en dos líneas verdes delgadas a 537 y 558 nm. Las líneas de emisión verdes se identifican como transiciones del Er³⁺ de los niveles 5H11/2 y 4S3/2 al estado base 4I15/2; los picos más fuertes en la muestra de 5 × 1014 cm^–2, junto con la intensidad relativamente más alta de la luminiscencia Er³⁺ en la muestra dopada inferior. Esto implica que aún permanece algún daño en la muestra de 1 × 1015 cm^–2. Las posiciones pico de las líneas de emisión debidas a las transiciones internas 4f para Er³⁺ no cambian con la temperatura creciente. Esto indica que la emisión relacionada con Er³⁺ depende muy poco de la temperatura del ambiente.

Descriptores: GaN; implantación; Er; fotoluminiscencia.

 

PACS: 78.55.–m

 

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Acknowledgement

This work is supported in part by International Science and Technology Cooperation Programs of KISTEP (M6–0302–01–0003/03–A01–03–003–10).

 

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