Luminescence excitation and bleaching involving dangling bonds in silicon nitride

(Received 11 March 1991, accepted in final form 13 May 1991)

Abstract
The origin of visible luminescence bands in amorphous silicon nitride is investigated by using time-decaying anti-Stokes luminescence methods with infra-red stimulation, in conjunction with standard UV excitation techniques. The optical depths of three centres are measured as being  eV from the conduction band and, and  eV from the valence band. It is argued that these defects are respectively the negatively and positively charged silicon dangling bond centres, and the self trapped hole. The luminescence results are best explained by allowing the dangling bond to have a positive correlation energy, U. Consideration of the time decay characteristics of the luminescence suggests that there is a wide range of intra-defect pair separations.

Résumé
Les bandes de luminescence du nitrure de silicium amorphe sont étudiées par la méthode d'émission anti-Stokes décroissante dans le temps, utilisant la simulation par irradiation infra-rouge et les techniques ordinaires d'excitation UV. Les profondeurs de trois défauts sont situées à  eV au-dessous de la bande de conduction, et  eV au-dessus de la bande de valence. Nous proposons que ces défauts soient associés respectivement aux états de charge négative et positive de la liaison pendante du silicium, le dernier étant un trou auto piégé. Les résultats obtenus par luminescence sont expliqués de façon satisfaisante si on suppose une énergie de corrélation U positive. D'autre part, les lois de décroissance dans le temps de la luminescence suggèrent l'existence d'une large gamme d'énergie de séparation entre paires de défauts.