Фотоэлектрические свойства гетероструктур с самоформирующимися наноостровками GeSi/Si тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

На правах рукописи

Круглова Марина Вячеславовна

Фотоэлектрические свойства гетероструктур с самоформирующимися наиоостровками СевУБ!

Специальность 01.04.10 - Физика полупроводников

»1 3 [-,0 л 2Си9

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Нижний Новгород 2009

003483951

Работа выполнена на кафедре физики полупроводников и оптоэлектроники Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского (ННГУ).

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук.

доцент Филатов Дмитрий Олегович.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, профессор Терехов Владимир Андреевич.

доктор физико-математических наук, профессор Митрохин Виктор Иванович.

Ведущая организация Московский государственный институт электронной техники (технический университет), г. Зеленоград

Зашита состоится 3 декабря 2009 г. в 1520 на заседании диссертационного совета Д 212.038.10 при Воронежском государственном университете по адресу: 394693, Воронеж, Университетская площадь 1, ауд.435.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного университета.

Автореферат разослан 2 ноября 2009 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.038.10

Маршаков В.К.

Обшаи характеристика работы

Актуальность темы диссертации. Гетеронаноструктуры (ГНС) с самофор-мируюшимися наноостровками GeSi/Si в последние годы были объектами интенсивных исследований в связи с потенциальной возможностью создания на их основе интегральных огггоэлектронных устройств на базе традиционной кремниевой технологии (т. паз. кремниевой оптоэлектроники):1 светодиодов и инжекционных лазеров, излучающих в практически важном для оптоволоконной связи (т. наз. коммуникативном) диапазоне длин волн л = 1,3 * 1,6 цм. В последнее время усилился интерес к фотоэлектрическим свойствам ГНС GeSi/Si в связи с задачей расширения спектрального диапазона фотоприемников на базе Si в ПК область. В связи с тем, что контакт Ge/Si является гетеропереходом И рода,2 в ГНС GeSi возможны межзонные оптические переходы с участием фотонов с энергиями hv, меньшими ширины запрещённой зоны Si ЕТеоретическое минимальное значение энергии основного межзонного перехода в ГНС Ge/Si £0 составляет « 0,35 эВ (300К), что соответствует /»о ~ 3,54 рм.

Обычно для исследования энергетического спектра ГНС используются оптические методы, среди которых наиболее развита спектроскопия фотолюминесценции (ФЛ). Однако для ГНС GeSi/Si применение этого метода наталкивается на определенные трудности, связанные с нспрямозонностью Ge и Si. Вероятность безызлуча-тельной рекомбинации в них, как правило, больше пзлучательной, поэтому для измерения ФЛ необходимы низкие температуры, мощные лазеры, охлаждаемые фото-детскторы. Фотоэлектрическая спектроскопия имеет ряд преимуществ в области диагностики ГНС по сравнению со спектроскопией ФЛ: возможность исследовании при 300К, отсутствие необходимости в сальном фотовозбуждешш и в специальных фотодетекторах, которая в ряде случаев существенно усложняет исследования.

В настоящей работе для исследования ГНС GeSi/Si впервые применён метод спектроскопии фотоЭДС на барьере полупроводник/электролит (ФПЭ). Ранее этот метод успешно применялся к ГНС InGaP/GaAs с квантовыми ямами (КЯ)3 и InAs/GaAs с квантовыми точками (КТ),4 а также для определения длины диффузии неосновных носителей в массивных Si и Ge (метод постоянного фотоотклика5).

Обычно для фотоэлектрической спектроскопии ГНС выращивают p-i-n структуры с КЯ (КТ), встроенными в ¡-область, на основе которых формируют фотодиоды. Это — дорогой и сложный процесс. Менее сложно формирование барьеров Шоттки. Метод ФПЭ отличается от вышеуказанных методов простотой и экспресс-ноегью: для создания барьера Шоттки к ГНС достаточно поместить образец в электролит.

Однако к моменту начала работы над диссертацией многие методические аспекты спектроскопии ФПЭ ГНС GeSi/Si ещё не были разработаны, прежде всего методика анализа спектров ФПЭ и определения из них энергий межзонных переходов и. т.п..

'Silicon Photonics - Eds. L.Pavesi. D.J.Lockwood / Heidelberg: Springer, 2004. - 397 p. гА.В.Двурсчснский, А.И. Якимов // ФТП. - 2001. T.35, №9. СЛ143 1153. 3 X.He, M.Raseghi // Appl.Phys.Lett. - 1993. -V.62, Jfe6 - P. 618-620.

"t.A.Karpovicli. S.B.Lcvichev, S.V.Morozov el al. // Nanotechnology - 2002. - V.l3, Jfe3 - P.445-450. 5A.M.Goodman // J. Appl. Pliys. - 1961. - V.32, №10. - P. 2550 - 2561.

Цели диссертационной работы:

!. Экспериментальное исследование зависимости спектров ФПЭ ГНС ОеЯ^ от размеров, формы и состава островков, однородности по размерам и составу, дефектности

2. Разработка методик анализа спектров ФПЭ ГНС СеБ^, идентификации в них полос ФЧ, соответствующих различным межзонным оптическим переходам в островках СеБь определения энергетического положения края полос ФЧ, связанных с этими переходами, определения типа переходов в обратном пространстве (прямые, непрямые):

3. Развитие теории ФПЭ ГНС всЗ^;

4. Развитие методик измерения спектров ФПЭ ГНС СеБЬ^;

5. Исследование возможности получения методом сублимационной молекулярно-лучевой эпитаксии (СМЛЭ) в среде веЩ р-1-п структур с самоформирующимися наноостровками ОсЙ1/Б1 для кремниевой оптоэлектроникп.

Научная новизна работы

1. Метод спектроскопии ФПЭ впервые применен для исследования ГНС беЗЛ/Як С помощью этого метода установлены особенности энергетического спектра и оптических переходов в островках, выращенных различными методами (молекулярно-лучевой эпитаксии, МЛЭ и СМЛЭ в среде ОеН4).

2. Впервые проведён теоретический анализ формы края спектра фоточувствительности ГНС ОеЗЬ'Зи связанной с межзонным оптическим поглощением в островках СеЯй'Зк включая влияние дисперсии островков по размерам и/или составу на форму спектров.

3. Впервые исследована зависимость спектров ФПЭ ГНС Сс81/'5|' от параметров структур: номинальной толщины осажденного слоя Се с/ас, состава материала островков, их размеров и формы, в том числе в области перехода от слоевого роста к трехмерному и трансформации пирамидальных островков в куполообразные и далее — к образованию дислокаций несоответствия в ГНС с рслаксированными островками.

4. Впервые получены фотодиоды на основе р-А-п структур с самоформирующимися наноостровками СсБь^, выращенных методом СМЛЭ в среде ОеН4, исследованы спектры электролюминесценции (ЭЛ) и ФЧ, связанные с межзонными оптическими переходами в островках Се81.

Научная и практическая значимость работы

1. Разработана методика диагностики ГНС СеБ^ методом спектроскопии ФПЭ: определения энергий межзонных оптических переходов в островках ОеЭК природы переходов (фононные, бесфононные). Указанные методики могут быть использованы для диагностики ГНС С ей ¡/51 (в т.ч. для экспресс диагностики) как в научно-исследовательских целях, так и в промышленном производстве.

2. Проанализирована форма края спектров ФЧ ГНС с наноостровками СеБЬ^ и влияние на неё разброса островков по размерам и/ил и составу. Полученные результаты позволяют установить соответствие между средними значениями энергий основных межзонных переходов в островках Ое51/5), полученными из спектров ФЧ, и спектральным положением линий ФЛ, связанных с межзонными излучатсльнымн переходами в островках.

3. Развита теория эмиссии фотовозбуждённых носителей заряда из КЯ и островков GeSi/Si, встроенных в барьер полупроводник/электролит (р—п переход, барьер Шотткп), позволяющая связать зависимость межзонной ФЧ слоев GeSi от температуры и приложенного к барьеру напряжения с параметрами структур.

4. Показана возможность выращивания методом СМЛЭ в среде GeH4 приборных структур с самоформирующимися наноостровками C'eSi для светоизлучающих а фотоприёмных устройств на базе Si.

На защиту выносится следующие положения:

1. Установлено, что полосы в области liv = 0,6 -н 1,0 эВ (300К) в спектрах фоточувствительности гетероструктур GeSi/Si(001) с номинальной толщиной Ge diK= 5-И0 МС обусловлены межзонными оптическими переходами в наноостровках GeSi.

2. Показано, что спектр межзонной фоточувствительности гетероструктур GeSi/Si пропорционален спектру межзонного оптического поглощения в слоях GeSi, в отличие от фоточувствительности массивных Ge и Si.

3. Теоретически показано и экспериментально подтверждено, что форма края спектра межзонной фоточувствительности (300К) гетероструктур с наноостровками GeSi/Si описывается квадратичной зависимостью от ftv, что связано с доминированием в спектрах непрямых переходов с участием фононов.

4. Установлено, что полосы с энергией края = 0,85 эВ (300К) в спектрах фоточувст-вительноеги гетероструктур GeSi/Si с dçy> 10 МС обусловлены наличием в структурах дислокаций несоответствия, возникающих вследствие релаксации упругих напряжений в островках.

Личный вклад аиюра в получение результатов работ ы

1. Основной вклад в разработку методики измерения спектров ФПЭ ГНС GeSi/'Si [А2, A3] (совместно с М.А. Исаковым).

2. Равноценный вклад в исследование морфолога» ГНС GeSi/Si с поверхностными наноостровками [А1-А6] (совместно с М.А. Исаковым, C.B. Сипровой).

3. Определяющий вклад в разработку методики анализа спектров фоточувствительности ГНС GeSi/Si [А1-АЗ].

4. Равноценный вклад в развитие теории эмиссии фотовозбуждённых носителей из КЯ и наноостровков GeSi/Si [А6] (совместно с М.А. Исаковым).

5. Равноценный вклад в исследование спектров фоточувствительности и электролюминесценции p-i-n диодов с наноостровками GeSi [Al] (совместно с C.B. Морозовым, Д.Ю. Ремизовым).

Апробация работы

Основные положения и результаты работы докладывались на Всероссийском совещании «Нанофотоника-2004» (Н.Новгород); Всероссийских симпоз1гумах «На-нофизика и наноэлектроника» (Н.Новгород) 2005, 2006; 2007, 2008: VIII Российской конференции по физике полупроводников (Екатеринбург, 2007); III и V Межрегиональных научных школах студентов и аспирантов (Саранск); IX и XII Нижегородской сессии молодых ученых, VI и VIII молодежных конференциях по физике полупроводников н полупроводниковой опто- и наноэлектронпке (С.-Петербург, 2004, 2006); XV Российском симпозиуме по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел (РЭМ-2007) (Черноголовка); XV

International Symposium "Nanostructures: Physics and Technology'' ("Novosibirsk, Russia, 2007), XXVI International Conference on the Physics of Semiconductors (Flagstaff, AZ, 2004), а также на семинарах Института физики микроструктур РАН, Научно-образовательного центра "Физика твердотельных наноструктур" (НОЦ ФТНС) ННГУ и Кафедры физики твердого тела и наноструктур Воронежского государственного университета.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 19 работ, включая 6 статей в ведущих научных журналах и 13 публикаций в материалах научных конференций.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и приложения. Объем диссертации составляет 167 стр., включая 61 рисунок и 3 таблицы. Список литературы включает 144 наименований. В приложении приведен список работ автора по теме диссертации.

Основное содержание работы

Во Введении обоснована актуальность темы исследований, сформулированы цели работы, показаны научная новизна и практическая значимость результатов работы, сформулированы положения, выносимые на защиту, и личный вклад автора в полученные результаты. Представлены сведения об апробации работы и публикациях, о структуре и содержании работы.

В Главе 1 приведён обзор литературы. В разделе 1.1 сформулированы основные проблемы кремниевой оптоэлектроники и приведен краткий обзор различных подходов к созданию свстоизлучающих приборов на базе Si, развиваемых в настоящее время, альтернативных ГНС с наноостровками GeSi/Si: Si:Er, нанокристал-лов Si в SiO; и др. Приведен обзор работ по росту, морфологии, составу, ФЛ и ЭЛ, а также фотоэлектрическим свойствам ГНС с наноостровками GeSi/Si.

Глава 2 посвящена описанию методик экспериментальных исследовании. В разделе 2.1 изложены методики выращивания и характеризации ГНС с наноостров-кзми GeSi/Si и приведены основные параметры исследованных образцов, выращенных двумя методами. Часть образцов были выращены в ИФМ РАН к.ф.-м.н. А.В.Новиковым и Д.Н.Лобановым методом МЛЭ на подложках p-Si(OOl) КДБ-0,2. Толщина буферного слоя Si dt, составляла 0,2 рм, покровного слоя dc — 80 нм. Буферные и покровные слои специально не легировались и имели р~тип проводимости, концентрация дырок ро ~ 1015 см"3. Номинальная толщина осажденного слоя Ge efe,с составляла 2,2 20 монослоев (MC), температура роста Tg = 550 и 700°С.

Для исследования связи условий роста и морфологии островков с их оптическими и фотоэлектрическими свойствами использовались 3 серии образцов, в которых слои Ge выращивались в сходных условиях: 1) с островками на поверхности для исследования их морфологии методом атомно-силовой микроскопии (АСМ); 2) на высокоомных подложках, с островками, заращенными покровным слоем Si — для спектроскопии ФЛ; 3) на проводящих подложках — для спектроскопии ФПЗ. Данные об энергетическом спектре островков были получены в ИФМ РАН А.Н.Яблонским методом спектроскопии ФЛ при 4.2, 77 и 300К.

Другая часть образцов была выращена в НИФТ11 ННГУ д.ф.-м.к.

B.Г.Шенгуровым методом СМЛЭ в среде Geil-,.6 В этом методе слои Si осаждаются из сублимационного источника, а для осаждения Ge в ростовую камеру напускается GeH4 с парциальным давлением р„ - 5x10 3 -г- 1,5x10 3 Topp. Этим методом были выращены ГНС с поверхностными островками GeSi для исследования морфологии, с заращенными островками — для спектроскопии ФПЭ, а также p-i-n структуры с островками GeSi в /-области. Осаждении Ge проводилось при Tg = 500 800°С. Доля Ge в материале островков Ge,Sii r х определялась методом растровой Оже-микроскопии (РОМ) с латеральным пространственным разрешением ~ 70 нм, позволяющим исследовать состав отдельных островков и (в сочетании с ионным травлением) распределение Ge по объему островка.7 РОМ измерения были выполнены в НОЦ ФТНС ННГУ Д.Е. Николичевым. В объеме островков, выращенных при Tg = 800°С, х = 0,30 ± 0.10, при этом вершины островков обогащены Ge. На основе p-i-n структур были изготовлены меза-диоды с окном в верхнем контакте. Спектры ФЧ и ЭЛ диодов измерялись при помощи монохроматора МДР-23 в ИФМ РАН к.ф.-м.н. С.В.Морозовым и к.ф.-м.н. Д.Ю.Ремизовым. Спектры ЭЛ измерялись в импульсном режиме накачки (длительность импульсов 4 мс, частота повторения 40 Гц) при 77 и 300К п регистрировались InGaAs фотодстектором.

В разделе 2.2 описана методика исследования морфологии поверхностных островков GeSi/Si методом АСМ. Исследования проводились на ACM TopoMetrix ТМХ-2100 Accurex в контактном режиме. Использовались V-образные Si^Nj кан-тилеверы с пирамидальными зондами (радиус закругления острия зонда RP < 50 нм). Калибровка АСМ, а также контроль значений Rp проводились с помошыо тестовых структур TopoMetrix 7110-04 и NT MDT TGT 01.

В разделе 2.3 описана оригинальная методика измерения спектров ФПЭ ГНС GeSi/Si(001), разработанная в рамках выполнения настоящей диссертационной работы. Со стороны подложки к образцу делался омический контакт In или AI методом вжигания искровым разрядом. Спектры ФПЭ измерялись с модулированным (частота к 180 Гц) возбуждением и синхронным детектированием на решёточном монохроматоре Acton SP-500i с галогеновой лампой мощностью 250 Вт и цифровым синхронным детектором Stanford SR-8I0. Фотовозбуждение осуществлялось через подложку. Спектр малосигнальной ФПЭ ^>(/п>) нормировался на спектр интенсивности фотовозбуждения Lpi,{hv), получая спектр ФЧ S(hv) = Vpll(hv)/Lpi,{fri'). Там же приведены результаты исследований влияния различных электролитов, используемых для создания барьеров Шоттки к Si, на спектры ФПЭ ГНС GeSi/Si. В качестве электролитов использовались 1 нормальный раствор HF+H2SO4 в смеси с этиленгликолем (1:1), 0ДМ водный раствор (NH4F)2HF+ML|F в смеси с глицерином (1:2), а также 1М водные растворы KCL и винной кислоты. При hv < E^i спектры ФПЭ, снятые в различных электролитах, были пропорциональны друг другу, т.е. величина ФПЭ и, как следствие, спектральный диапазон, в котором величина ФПЭ превышает предел обнаружения, определяется высотой барьера на границе полу-

''С.П.Светлов, В.Г.Шснгуров, ВЛО.Чалкоз и др /У Изв. РАН: Сер. Физ. - 2001. - Т.65,№2. -

C.204-207.

7G.A.Maximov, Z.F.Krasil'nik, A.V.Novikov et al // Nanophysics, Nanoclusters, and Nanodevices. Ed. K.S.Gehar. - New York: Nova Science. - 2006. - P. 87 - 123.

проводник/электролит <рц. Последняя была максимальна в электролите на основе (М^^НР+КН,,!-' (Щ) а 0.14 В, по данным С Vизмерений).

Разработанная методика спектроскопии ФПЭ использовалась в дальнейшем в исследовании ГНС ОеБУБ!, результаты которых приведены в Главе 4.

Глава 3 посвящена теории ФПЭ в гетеронаноструктурах с КЯ и наноостров-ками ОеЯьчЧ!, разработке методик анализа спектров ФПЭ и определения из них параметров структур. В разделе 3.1 проанализирована форма края спектров межзонной ФЧ наноостровков СсБ^ь Механизм фотоЭДС в ГНС в спектрально!! области межзонного оптического поглощения в нанообъектах включает в себя 4 основных этапа:

1) межзонное поглощение фотона и генерация электронно-дырочных пар в КЯ/островках;

2) эмиссия фотовозбужденных носителей из КЯ (островков);

3) диффузия неравновесных носителей к барьеру;

4) разделение электронов и дырок в поле барьера.

Необходимость эмиссии фотовозбужденных носителей из КЯ (островков) является отличительной особенностью фотоэлектрических явлений в ГНС. Если КЯ или островки находятся в ОПЗ барьера, этап диффузии отсутствует.

Первый этап характеризуется коэффициентом оптического поглощения КЯ (слоя островков). Для его описания удобно использовать безразмерный коэффициент поглощения /7 = (/0 - /| )//0, где /о и /) интенсивности падающего и прошедшего сквозь слой излучения. Эффект размерного квантования влияет на плотность электронных состояний g(E), которая входит в Д/п>) как комбинированная плотность состояний с- и у-зон £(■,(/"')•8 В ГНС I типа спектр ФЧ непосредственно отражает характер плотности состояний. Так, в КЯ gí(E), &',(£) ~ ©(£ - Е„), где ©(£) — ступенчатая функция, Е„ — энергии дна двумерных подзон. Соответственно, спектр ФЧ имеет ступенчатую форму, с экситонными пиками вблизи £„3. В ГНС 1 типа с

КТ ,?<•(/»>), £.(/"') ~ §(£ - Е„ХпМ), где 5(Е) дельта функция Днрака, £„|„>з — энергии уровней размерного квантования в КТ.' Вследствие естественного разброса КТ по размерам, g{E), усредненный по ансамблю КТ, представляет собой функцию Гаусса.14 Соответственно, на спектрах ФЧ наблюдается серия гауссовых пиков, соответствующих переходам между основными и возбуждёнными состояниями в КТ. В ГНС II типа Ос31/5г основными межзонными переходами являются пространственно-непрямые переходы из состояний !<-зоны в Сс81 в озону (рис. 1), а £с,(/гу) является непрерывной неубывающей функцией /;у. Поэтому спектр ФЧ ГНС Ое8й'81 имеет по-

Е-

Рнс. 1. Зонная диаграмма, спектр плотности состояний и схема межюнных переходов в ГС GcSi/Si с КТ.

"f'.Vasko. N.Kuznetsov. Electronic states and optical transitions in semiconductor heterostructures ! Berlin: Springer, 1998. - 401 p.

■'yK.If.AjiiJiepoB, /I.EnMÖepr, A.IO.EropoB ii ap. // V'OH. - 1995. -T. 165. - C. 224 l0Nano-Optoelectronics. Concepts. Physics and Deviccs Ed M.Grundmann Berlin: Springer, 2002. -442 p.

S

Рис. 2. Зонная диаграмма барьера полупроводник/электролит к ГС СеБ^-ви схема эмиссии носителей в слое СеЗК Вверху показаны профили интенсивности фотовозбуждения 1(2) для различных X =■ Х«(51).

диффузия неосновных носителей при этом не играет роли, и

(2)

где г/ — квантовая эффективность. Это позволяет (при условии, что г] не зависит от А»') использовать для определения энергий края полос ФЧ, связанных с межзонными переходами в островках СсБу^', методику анализа края спектров собственного поглощения 81(Ос). Для непрямых переходов с участием фоиоиов вблизи края собственного поглощения:

а(Ь-)~(11У-Е.±т} , (3)

где Ш — энергия фонона. На рис.3 приведен участок спектра ФПЭ ГНС с куполообразными островками ОеЭз/З! в координатах 5' 2(йу), который может быть разложен на 2 полосы, аппроксимирующихся прямыми, что соответствует фононным переходам с Ю = 64±10 мэВ, что близко к энергии поперечных оптических (ТО) фононов в 81 (= 63 мэВ).

лосовую структуру независимо от природы состояний в у-зоие (30, 20 или 00) [А1-АЗ].

Для количественной оценки Р использовались результаты расчётов сечения захвата фотона а для пирамидальных островков Се/51(001): /? = аЛУ* Для Ау ¡= Еп а ~ 10"16 см2 и для ~ 10" см'2 р~ 10\ что на 3 порядка меньше, чем для КТ [пЛя/СаА® при тех же значениях А'^. и

В 30 Ое и существенную роль в механизме ФПЭ играют процессы диффузии неосновных носителей к барьеру. Поскольку толщина приповерхностной области, где генерируются избыточные носители ~ а"1, где а — коэффициент поглощения, уменьшается с увеличением /IV (ср. кривые 1 и 2 на рис.2), спектр ФПЭ вблизи края собственного поглощения имеет вид: а (/и-)£,,„,

, (1)

1 + '

где Ь,,,,,) — длина диффузии неосновных носителей.

При поглощении в слое СеБи последний является 5-образным источником электронно-лырочных пар.

Е 2

3- /1

?■ 1а (л , /

}■ 1 2 б/

0.7

1.0

0.8 09 IV, эВ

Рис. 3. Край спектра ФПЭ (300 К) ГНС Сс31/'51(001) с куполообразными островками (/) в спрямляющих координатах — Ну. 2 - полоса ФЧ основного перехода с поглощением фонона; 3 — аппроксимирующая прямая; 4 ■— разность исходного спектра ФПЭ (/) и аппроксимирующей прямой 5 полоса ФЧ основног о перехода с испусканием фонона; 6........аппроксимирующая прямая.

Б.Н.Звонков, И.Г.Малкина. Е.РЛинъкова п др. // ФТП. - 1997. - Т. 31.№ 9. - С. 1100-1105. |2В.П.Грибковскнй. Теория поглощения и испускания света в полупроводниках. Минск: Наука и техника. 1975. - 464 с.

.НО

! |<

о. ^ 111 и

Е о.^Й'^ЦЧ1. II ВЫ

ом

0.9

1.0 Лл эВ

1.2

спектр ФЧ СеБИ?! с

Рис. 4. Модельный массива островков гауссовым распределением по энергиям основных межзонных иереходов Д£Г) Сна вставке).

В разделе 3.2 проанализировано влияние естественного разброса островков веВ^ по размерам и/или составу на форму края спектра ФЧ. Данный разброс приводит к неоднородному уши-рению линии ФЛ в островках. Рассмотрено межзонное поглощение массива островков СеБ^!, характеризующегося гауссовым распределением по размерам /(£>) или/и по составу Дх) и соответствующим распределением энергий основных межзонных переходов в островках Д£) с максимумом при Е„, (вставка на рис.4). Пусть форма края межзонного поглощения отдельных островков описывается (3). Суммарная ФЧ массива островков

8(ку) = ^апХЬ--Е)\ (4)

где а—константа, п,- число островков, энергия переходов в которых лежит в интервале Ег'-Е(+1. Наличие разброса по размерам (составу) приводит к загибу спектра ФЧ в области Ь<Е„+Г, где Г ширина распределения Д£) (рис.4). На рис.3 видно отклонение спектра ФПЭ от прямой в области связанное с разбросом купо-

лообразных островков по х. При /гу>Е„,+Г наибольший вклад в сумму (4) дают компоненты вблизи Е„„ и

(5)

При /¡V > Е„, + Г спектр ФЧ в координатах 51'2 - И\> близок к прямой, значение отсечки которой » £„,. Как следствие, определенное из спектров ФЧ значение Еи соответствует максимуму линии ФЛ Ет (с учетом, однако, заполнения островков носителями, типа излуча-тельных переходов (фононные, бесфононные) и энергий фоионов).

В разделе 3.3 развита теория эмиссии фотовозбуждённых носителей из КЯ и островков СсЗь'Бь встроенных в ОПЗ барьера, при помощи которой рассчитывались зависимости квантовой эффективности поглощённого в слое Ое31 излучения ¡¡^ от параметров структур, высоты барьера и температуры [А6]. При слабом возбуждении (Ан,&р«п0,ра)°

'/г..

ХеМ л

Че"1/г.+1/г, где ге — время эмиссии, гг -время

(б)

рекомбннационное

термозмиссия

Рис. 5. Схема эмиссии фотовоз-буждСнных носителей из КЯ

'Ч.КеЬоп, М.Рахтап, КЛУХВатЬат с1 а1 // 1ЕЕЕ !. Оиатит Шес1гоп.-1993.Л'.29.Л<>8 - Р. 14601472.

Рис.6. ACM изображения поверхности гетероструктур GeSi/Si с различной номинальной толщиной слоя Ge. ek*. МС: а 5.0; б-7,2; в-10,0: г - 20.0. ГЕ, °С: о, б, г 550; а - 700.

жизни. Эмиссия может происходить двумя путями: туннельным и термоактиваци-

= Vl/z., где Г/

онным (рис.5). Если каналы эмиссии независимы, ¡/г. = ¿^

время эмис-

сии относительно 1-го канала.

Расчёт ге проводился на основе теории для КЯ АГСаАяЛЗаАз, встроенных в р -I п фотодиод.'"' В настоящей работе эта теория была адаптирована к ГНС СеБ^/Бь Расчёты показали, что во всех исследованных структурах при 300К т)0 определяется скоростью эмиссии дырок из КЯ и островков и щ —> 1.

Предложенные в данной главе методики анализа спектров ФЧ были в дальнейшем апробированы на примере анализа спектров ФПЭ ГНС СсЗг/Э] (Гл. 4) и ФЧ р I п диодов с островками ОеБ! (Гл. 5).

В Главе 4 приведены результаты исследования спектров ФПЭ ГНС СеБ^ь выращенных методом МЛЭ. В разделе 4.1 приведены результаты исследований зависимости спектров ФПЭ от параметров структур. На рис.6 приведены АСМ изображения ГНС Ое81/8| с поверхностными островками с различными значениями </Сс [А2]. При с/с,с ~ 5 МС, соответствующей переходу от слоевого роста к трехмерному, образование островков только начинается (рис.6а).

При Лос ~ 7.2 МС образуется "паркетная" структура пирамидальных островков. При Г¥ = 700°С н </0с = 10 МС наблюдаются однородные куполообразные островки высотой <к> = 12 -ь 15 нм и диаметром <Г)> = 130 4 150 нм (рис.бе). При дальнейшем увеличением с/ао размер островков растет, они сливаются между собой, образуя неровную поверхность (рпс.бг).

На рис.7 приведены спектры ФПЭ (300К) ГНС СеЭ^Б! с островками, заращенными покровным слоем Вт Параметры островков приведены в табл.1. Дан-Рис.7. Спектры ФПЭ (300К) ГНС веБ! /Бт ные о составе островков были получены 4зо МС (нм): 1 - 0. 2 - 2.2 (0,3), 3 - 5,0 в ИФМ РАН к.ф,- м.и. Ю.Н.Дроздовым (0.7), 4 - 7.1 (1.0), - 8,0 (1,1). 6- 10(1.4). методом двухкристалльной рентгенов-Г?,°С: 2 - 4 - 550; 5, 6 - 700. скоп дифрактометрки.

г

5 о

со'

0.8 1.0 hv, эВ

№ Тип обрачпа °С (/г*. МС (им) V. % ат. £'о, эВ (расчет) ЗООК Е„. эВ (ФПЭ) ЗООК (ФЛ) 77К Ш, мэВ

1 ЭС$1 550 0(0,0) 0 1,12 — 1,09 63

2 КЯ Ос 550 2,2(0,3) 1 1,04 0,96 1,0) 27

3 К>1 Се 550 5,0(0,7) 1 0.85 0,86 67

4 пирамидальные островки Се51 550 7,2(1.0) 0,8 — 0,71 0.73 —

5 куполообразные островки веБ! 700 8,0(1,1) 0,4 0,83 0,75 0,78 64

6 куполообразные островки ОеЙ! 700 8,5(1.2) 0,4 0,83 0,76 0.78 63

7 куполообразные островки Ое51 700 10(1,4) 0,4 0,83 0,78 0,78 63

В спектре ФПЭ образцов с КЯ Се толщиной 2,2 и 5 МС (рис.7, кривые 2 и 3) наблюдаются 2 полосы, связанные с переходами в слое Се. В спектре образца с с/сс » 7,2 МС наблюдается экспоненциальная полоса, связанная с переходами из размерно-квантованных состояний в пирамидальных островках (рис.66) в состояния с-зоны. Энергия края полос смещается в длинноволновую область с увеличением ¿¡ск.

В спектрах ФПЭ образцов с куполообразных островками наблюдаются двойные полосы (рис.7, кривые 5 и 6). В спрямляющих координатах 51'"......- Лу указанные

спектры ФПЭ распадаются на две прямые (рис.4), что соответствует фононным переходам из дырочных состояний в островках в состояния с-зоны. Таким образом, построив спектр ФПЭ в спрямляющих координатах, можно определить, связана ли анализируемая полоса ФЧ с фононными или с бесфононными переходами.

В табл.1 приведены значения £(,, определённые из спектров ФПЭ, а также энергии максимумов линий ФЛ £,„ от островков в образцах, выращенных в сходных условиях [А2, АЗ]. Значения Е0 удовлетворительно согласуется с Е„, (с учётом температуры измерения) а также с расчетными значениями Ео в КЯ и куполообразных островках. Для расчёта использовалась модель прослойки Оех й]! л в 51(001) с учетом упругих напряжений14. При расчете £ц в куполообразных островках эффектом размерного квантования пренебрегали ввиду значительных размеров последних по сравнению с длиной волны де Бройля для дырок в СеБь Энергии фононов, участвующих в фононных переходах, определенные из спектров ФПЭ (табл.1) близки к энергии ТО фононов в (=63 мэВ).

В разделе 4.2 приведены результаты исследования дислокационной ФЧ ГНС СеБ^Ы. Спектры ФПЭ при </0с > 9 МС (Г., = 550°С, р»с.8, кривые 1-4), в отличие от спектров ГНС с пирамидальными и куполообразными островками, имели ступенчатую форму, а также слабо выраженный пик при Н\> ~ 0,8 эВ. Данные черты спектра связаны с оптическими переходами между состояниями в дислокациях несоответствия связанных с редактированными островками ве81/51, плотность которых возрастает с ростом с1с,0. Подобные пики и полосы наблюдались ранее в спектрах фото-

иВ.Я.Атешкин. Н.А.Бекин // ФТП. - 1997. - Т.31, № 2. - С. 171-178.

тока барьеров Шоттки к ГНС GeSi/Si с редактированными КЯ,15 а также Si р-н диодов. содержащих дислокации.'6 Энергии пика и края ступени не зависят от dGc.

В структурах, выращенных при 700СС, дислокационная ФЧ накладывается на полосы, связанные с межзонными переходами в островках (рис.8, кривые 5, 6). Известны 3 механизма релаксации напряжений в островках: образование дислокаций, формирование разрывов смачивающего слоя вокруг кластеров (которые также наблюдались вокруг куполообразных островков, исследованных в данной работе) и диффузия Si в объём островков. По-видимому, при Т„ = 700°С доминируют два последних механизма, в связи с чем плотность дислокаций в данных образцах меньше. чем в выращенных при 550°С, где дислокационная ФЧ маскирует ФЧ наноост-ровков.

Таким образом, в данной главе приведены результаты исследовании зависимости спектров ФПЭ ГНС GcSi/Si(001) от параметров структур. Показано, что полосы в спектрах ФПЭ в спектральной области hv < E„Si связаны с межзонным оптическим поглощением КЯ и островков GeSi/Si, тогда как ступенчатые полосы ФПЭ с краем ~ 0,85 эВ (при 300К) связаны с дислокациями в ГНС с релаксированными островками GeSi. Апробирована методика анализа спектров ФПЭ, развитая в Гл.З

Глава 5 посвящена исследованию спектров ФЧ и ЭЛ pin диодов на основе ГНС с островками GeSi. выращенных методом СМЛЭ в среде GeH4.

В разделе 5.1 приведены результаты исследований морфологии поверхностных наноостровков GeSi/Si(001), выращенных методом СМЛЭ в среде GeH4. На рис.9 приведено АСМ изображение структуры с поверхностными островками, выращенными при Tg = 600°С (в тех же условиях были выращены островки GeSi в p-i-n структуре, на основе которой были сформированы диоды). На поверхности наблюдается однородная система кластеров с Ns ~108 см </;>=sl20 нм и </>»800 нм [А1, А4-А6].

В разделе 5.2 приведены результаты исследований спектров ФПЭ ГНС с наноостровкамп GeSi, выращенными методом СМЛЭ в среде GeH4. В них, так же как и в ГНС, выращенных методом МЛЭ, наблюдаются полосы ФЧ, связанные с межзонными переходами в островках GeSi (рис.10), однако, в отличие от последних, в спектрах ГНС, выращенных методом СМЛЭ в срсде GcH4, доминируют пространственно-прямые переходы в островках GeSi, что связано с большими размерами островков. С этим же связан максимум в спектре ФПЭ вблизи hv ~ Egsi, возникающий вследствие перехода из режима малосигнальнои ФПЭ {Vph «

15J.Wang, D.Gong, F.Lu et al // Appl. Phvs. Lett. - 1995. - V.66,№ II - P. 1782- 1784. "V.Kveder, M.Kittler. W.Sclirocter II Phys.Rev.B. - 2001. - Vol. 63. - P. 115208 .

hv, эВ

Рис. 8. Спектры ФПЭ ГС GeSi/Si с дислоцированными островками. doc, МС (нм): / - 20 (2,8), 2 -11 (1,6),.?-10(1,4). 4-9.2(1,3), 5 - 10,3 (1,5), 6- 8.5 (1,2). 7;„ "С: 1-4 - 550: 5, б - 700.

Рис.9. ACM изображение поверхностных наноостровков GeSi/Si, выращенных методом С '.VI. Г) в среде GeH„. То = S00T.

кТ) в режим большого сигнала (КрЛ ~ к'Г) при переходе из спектральной области межзонной ФЧ островков ОеБ! к собственной ФЧ Эк При этом изменяется кинетика ФПЭ (вставка на рис. 11), при синхронном детектировании это приводит к провалу в спектре ФПЭ. В образцах, выращенных методом МЛЭ, этот эффект также присутствует, но величина межзонной ФЧ островков в них недостаточна для проявления максимума в спектре ФПЭ.

В разделе 5.3 приведены результаты спектроскопии ФЧ и ЭЛ рч-п диодов на основе ГНС с наноостровками веЗи выращенных методом СМЛЭ в СеН4 [А1]. Край спектра ФЧ (300К) диода с островками Ое81 (рис.11а, кривая 1) сдвинут в область меньших /п> относительно края ФЧ диода без островков (рис. По, кривая 4), что связано с пространственно-прямыми межзонными переходами в островках Ое8т

В спектре ЭЛ (77К) диода с островками Се81 (рис. 116) наблюдаются пики с £,„»1.02 эВ и =0,89 эВ, связанные соответственно с пространственно-прямыми из-лучательными переходами в островках Ое8] (переход 1 на вставке рис. 116) и с пространственно-непрямыми переходами из состояний с-зоны в островках ОеБ! и/или в покровном слое 51 в размерно-квантованные состояния в обогащенном Ое слое на вершине островка (переход 2). Доминирование в спектре ЭЛ линии, связанной с проегранетвенно-прямымн переходами в островках, связано с большими размерами

последних в структурах, выращенных методом СМЛЭ в среде ОеН_ь а также с меньшей концентрацией Ое в материале островков, что, в свою очередь, приводит к меньшим значениям разрыва с-зоны на границе Се81/81 и, как следствие, к большему заполнению островков электронами.

Таким образом, показана применимость методики анализа спектров межзонной ФЧ островков СеБУБ), предложенной в Гл. 3, для анализа спектров ФЧ р-1 п диодов с островками ОеЭ^. Результаты исследований спектров ЭЛ и ФЧ диодов на основе ГНС СеБь^. выращенных методом СМЛЭ в среде ОеН), свидетельствуют о возможности выращивания данными методом структур для приборов кремниевой опто-электроники.

Рис. 10. Спектр ФПЭ ГНС с наноостровками ОгЗь выращенной методом СМЛЭ в срсде ОеН) (/): 2 — аппроксимация участка, связанного с межзонным переходом в островках с поглощением фонона; 3 спектр (1) после вычитания прямой (2). На вставках: схема оптических переходов и кинетика ФПЭ в соответствующих спектральных областях.

0.9 1.0 1.1 0.8 0 9 1.0 1.1 1.2

Ы, ЭВ

а б Рис. 10, а край спектров ФЧ (300 К) рч -п диодов в координатах Л'1'2......М>: / диод с наноостровками Сс51/51, 2 — аппроксимация участка спектра, связанного с межзонными переходами в наноостровках ОеБ! с поглощением фонона; 3 — спектр (!) после вычитания прямой (2); 4 — спектр ФЧ диода без островков, б— спектры ЭЛ (77К) диодов с островками Се81 (!) и без островков ¡2). На вставках: схемы оптических переходов в наноостровках. проявляющихся в спектрах ФЧ и ЭЛ.

в» йе веБ: 31

В Заключении сформулированы Основные результаты работы:

1. Разработаны методики измерения и анализа спектров ФПЭ ГНС с самоформи-руюшимися наноостровками ОеЗъ^: определения энергий и типа межзонных оптических переходов в островках, энергий фононов (в случае фононных переходов), состава материала островков.

2. Теоретически показано и экспериментально подтверждено, что форма края спектра фоточувствительности ГНС ОеЗг'Зк связанной с межзонным оптическим поглощением в островках, описывается квадратичной зависимостью от Иу, что связа-

I но с доминированием в спектрах непрямых фононных переходов.

3. Показано, что неоднородность наноостровков СеБ^ по размерам и/или составу приводит к отклонению спектра фоточувствительности ГНС в спрямляющих координатах от прямой линии вблизи края. Вдали от края спектр фоточувствительности может быть аппроксимирован прямой, отсечка которой по оси Иу соответствует максимуму распределения островков по энергиям межзонных переходов.

4. Развита теория эмиссии фотовозбуждённых носителей из КЯ и наноостровков СеБ^, встроенных в барьер Шотпси (р п переход и т.п.), позволяющая связать

( зависимость межзонной фоточувствительности слоев Ое81 от температуры и приложенного к барьеру электрического напряжения с параметрами структур. I 5. Установлено, что в области /п> = 0.6 1.0 эВ (300К) в спектрах фоточувствительности ГНС СеБЬ^ наблюдаются полосы, обусловленные межзонными оптическими переходами в КЯ Ое/Б] (при ¿<!е < 5 МС) и наноостровках Ое85/51 (с!^ = 5* 10 МС), а также между электронными состояниями, связанными с дислокациями несоответствия, возникшими вследствие релаксации упругих напряжений в наноостровках СеБь^ь

6. Показана возможность выращивания методом СМЛЭ в среде бсН» приборных структур с самоформируюшимися наноостровками Се81 для Ьветонзлучаюших и фотоприёмных устройств на базе Би

щ

Основные публикации по теме диссертации

[Л1] Фотоэлектрические свойства и электролюминесценция p i п диодов на основе гетероструктур с самоорганизованными нанокластерами GeSi/Si I Г.А. Максимов, З.Ф. Красильник, Д.О, Филатов, M .В. Круглова. C.B. Морозов, Д.Ю. Ремизов, Д.Е. Николнчев, В.Г. Шенгуров. // ФТТ. - 2005. - Т. 47, № 1 - С. 26-28. [А2] Филатов, Д.О. Фотоэлектрические свойства гетероструктур GeSi/Si с самоорганизованными нанокластерами / Д.О. Филатов, М.В. Круглова. М.А. Исаков // Известия ВУЗов. Поволжский регион. Серия "Естественные науки". 2004. - № 5(14). С. 108-119.

[A3] Исследование фотоэлектрических свойств гетероструктур GeSi/Si с самоформирующимися нанокластерами методом спектроскопии фотоЭДС на барьере полупроводник/электролит / Д.О. Филатов, М.В. Круглова. М.А. Исаков. З.Ф. Красильник, Д.Н. Лобанов, A.B. Новиков. // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. - 2006. - № 2. - С. 40-47.

[A4] Морфология и фотолюминесценция самоформирующихся нанокластеров GeSi/Si, выращенных методом сублимационной молекулярно-лучевой эпитаксин в среде гсрмана / Д.О. Филатов, М.В. Круглова. М.А. Исаков, C.B. Сипрова, М.О. Марычев, В.Г. Шенгуров, С.П. Светлов, В.Ю. Чалков, С.А.Денисов. // Известия РАН. Серия физическая. - 2008. - Т. 72, № 2. - С. 267-270.

[А5] Фотолюминесценция нанокластеров GeSi/Si, формирующихся в процессе сублимационной молекулярно-лучевой эпитаксии в среде германа / Д.О. Филатов, М.В. Круглова. М.А. Исаков, C.B. Сипрова, М.О. Марычев, В.Г. Шенгуров, В.Ю. Чалков, С.А. Денисов. // ФТП. - 2008. - Т. 42, вып.9. - С. 1116-1121. [А6] Фотоэлектрические свойства гетероструктур с самоформирующимися нанокластерами GeSi/Si, выращенных методом сублимационной молекулярно-лучевой эпитаксии в среде GeHj. / Д.О. Филатов, М.В. Круглова. М.А. Исаков, А.П. Горшков, В.Г. Шенгуров, В.Ю. Чалков, С.А. Денисов и др. // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. - 2009. - Л» 9. - С. 58-67. Работы 1-6 опубликованы в журналах, включенных в список ВАК РФ.

Подписано в печать 28.10.2009 г. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Усл. печ л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 612.

Отпечатано в типографии Нижегородского госуниверситета им. H.H. Лобачевского. 603000, Нижний Новгород, ул. Б.Покровская, 37.

Введение.

Глава 1. Гетероструктуры с самоформирующимися наноостровками GeSi/Si: получение и свойства. Обзор литературы.

1.1. Кремниевая оптоэлектроника.

1.2. Рост, морфология и состав самоформирующихся наноостровков GeSi/Si

1.3. Электронная структура наноостровков GeSi/Si.

1.4. Оптические свойства структур с наноостровками GeSi/Si.

1.5. Электролюминесценция p-i-n диодов с наноостровками GeSi/Si.

1.6. Фотоэлектрические свойства гетероструктур GeSi/Si.

1.7. Дислокационная фотолюминесценция и фоточувствительность Si и гетероструктур GeSi.

Глава 2 Методика эксперимента.

2.1. Методика выращивания и характеризация гетероструктур GeSi/Si с самоформирующимися наноостровками.

2.2. Методика исследования морфологии поверхностных наноостровков GeSi/Si методом атомно-силовой микроскопии.

2.3. Методика фотоэлектрических измерений.

Глава 3. Теория фотоЭДС на барьере полупроводник/электролит в гетероструктурах GeSi/Si.

3.1. Форма края спектра межзонной фоточувствительности в гетероструктурах GeSi/Si.

3.2. Влияние естественного разброса наноостровков GeSi/Si по размерам и/или составу на форму края спектра фоточувствительности.

3.3. Эмиссия фотовозбуждённых носителей из квантовых ям и наноостровков

GeSi/Si .,.!.

Глава 4. Экспериментальные исследованная спектров ФПЭ гетероструктур с

4.1. Зависимость спектров ФПЭ гетероструктур с наноостровками GeSi/Si от параметров структур.

4.2. Дислокационная фоточувствительность гетероструктур с наноостровками GeSi/Si.

Глава 5. Фотоэлектрические свойства и электролюминесценция p-i-n диодов на основе гетероструктур GeSi/Si(001), выращенных методом СМЛЭ в среде GeH4.

5.1. Морфология поверхностных наноостровков GeSi/Si(001), выращенных методом СМЛЭ в среде GeH4.

5.2. Спектроскопия ФПЭ гетероструктур с самоформирующимися наноостровками GeSi/Si(001), выращенных методом СМЛЭ в среде GeH4.

5.3. Спектроскопия фотоЭДС и электролюминесценции р—i—п диодов с наноостровками GeSi/Si.

Актуальность темы диссертации

Гетеронаноструктуры (ГНС) с наноостровками GeSi/Si, получаемыми методом самоформирования в процессе эпитаксиального роста, являлись в последние 15 лет объектами интенсивных исследований и разработок в физике и технологии полупроводников [1].

Первоначально интерес к данным ГНС был связан с перспективами создания на их основе интегральных оптоэлектронных устройств на базе традиционной кремниевой технологии (т. наз. кремниевой оптоэлектроники [2]): светодиодов, излучающих в практически важном для оптоволоконной связи диапазоне длин волн X = 1,3 н- 1,6 цм, и инжекционных лазеров [3]. В последнее время возрос интерес к фотоэлектрическим свойствам ГНС GeSi/Si в области энергий световых квантов hv, меньших ширины запрещенной зоны кремния Egsi, связанный с расширением спектрального диапазона фотоприемников на базе Si в инфракрасную (ИК) область [4]. Очевидно, что для интегральных оптоэлектронных устройств необходимы не только излучатели, но и фотоприемники. В настоящее время в качестве фотоприемников, работающих в диапазоне длин волн 1,3 ^ 1,6 цм, используются p-i-n фотодиоды на базе гетероструктур (ГС) InGaAs/InP [5]. Как и традиционные полупроводниковые лазеры на базе четверных твердых растворов InGaAsP, они плохо интегрируются в ИС схемы на базе Si.

В связи с тем, что контакт Ge/Si является гетеропереходом II рода [6], в таких структурах возможны межзонные оптические переходы с энергиями, намного меньшими ширины запрещенной зоны как Si, так и Ge. Теоретическая минимальная энергия межзонных переходов в ГС Ge/Si Е0 « 0,35 эВ (300К), что соответствует длине волны излучения Х0 « 3,54 цм.

Обычно для исследования энергетического спектра полупроводниковых наноструктур используются оптические методы, среди которых наиболее развита спектроскопия фотолюминесценции (ФЛ). Однако для структур GeSi/Si применение этого метода наталкивается на определенные трудности, связанные с непрямозонностью Ge и Si. Вероятность безызлучательной рекомбинации в них, как правило, много больше излучательной, поэтому для измерения ФЛ необходимы криогенные температуры, мощные лазеры, охлаждаемые фотодетекторы. Спектроскопия различных фотоэлектрических эффектов (фотопроводимости (ФП), фотоЭДС и фототока в р-п переходах и барьерах Шоттки (БШ) и пр.) имеет ряд преимуществ в области диагностики полупроводниковых квантоворазмерных гетероструктур по сравнению с методом спектроскопии ФЛ: возможность проведения исследований при комнатной температуре, отсутствие необходимости в сильном фотовозбуждении, а, кроме того, отсутствует необходимость в специальном фотодетекторе, которая в ряде случаев существенно усложняет исследования.

В отличие от спектров ФЛ, где обычно проявляются только переходы между электронными и дырочными состояниями с минимальной энергией (основными состояниями), фотоэлектрическая спектроскопия позволяет выявить все разрешенные оптические переходы - как между основными, так и возбужденными размерно-квантованными состояниями.

В настоящей диссертационной работе для исследования энергетического спектра гетероструктур GeSi/Si был использован метод спектроскопии фотоЭДС на барьере полупроводник/электролит (ФПЭ) в жидкостной электролитической ячейке. Ранее этот метод успешно применялся к гетероструктурам InGaP/GaAs с квантовыми ямами (КЯ) [7] и InAs/GaAs с квантовыми точками (КТ) [8]. Метод ФПЭ также широко применялся для спектроскопии межзонной и примесной фоточувствительности (ФЧ) однородных образцов Si и Ge [9], в частности, для определения длины диффузии неосновных носителей (т. наз. метод постоянного фотоотклика или метод Гудмэна [10]). В настоящей работе впервые применен метод спектроскопии ФПЭ для исследования ГНС GeSi/Si.

Для исследования фотоэлектрических свойств полупроводниковых ГНС обычно выращивают р—i—п структуру с КЯ (КТ и т.п.), встроенными в /-область, на основе которой изготавливают фотодиоды. Это — дорогой и сложный процесс, включающий многоступенчатую литографию, нанесение омических контактов и т.д. Менее сложен процесс изготовления БШ. Метод ФПЭ отличается своей простотой и экспрессностью: для создания БШ к структуре достаточно поместить образец в электролит.

Однако к моменту начала работы над диссертацией многие аспекты методики спектроскопии ФПЭ ГС GeSi/Si ещё не были разработаны. В отличие от ГС I типа на основе полупроводниковых соединений типа А3В5, где спектр ФПЭ непосредственно отражает энергетическое распределение плотности состояний, вследствие того, что ГС GeSi/Si относятся ко II типу, основными межзонными оптическими переходами в них являются переходы из локализованных дырочных состояний в слое GeSi в зону проводимости материала матрицы (Si). В связи с этим, спектр ФПЭ имеет полосовую структуру независимо от природы исходных состояний (трехмерные, двумерные или нульмерные). Поэтому определение природы начальных/конечных состояний оптических переходов в наноостровках GeSi/Si и положения края соответствующих им полос ФЧ нельзя провести столь же непосредственно, как в структурах на основе А3В:'.

Цели диссертационной работы:

1. Экспериментальное исследование зависимости спектров ФПЭ ГНС GeSi/Si от размеров, формы и состава островков, однородности по размерам и составу, дефектности;

2. Разработка методик анализа спектров ФПЭ ГНС GeSi/Si, идентификации в них полос ФЧ, соответствующих различным межзонным оптическим 6 переходам в островках GeSi, определения энергетического положения края полос ФЧ, связанных с этими переходами, определения типа переходов в обратном пространстве (прямые, непрямые);

3. Развитие теории ФПЭ ГНС GeSi/Si;

4. Развитие методик измерения спектров ФПЭ ГНС GeSi/Si;

5. Исследование возможности получения методом сублимационной молекулярно-лучевой эпитаксии (СМЛЭ) в среде GeHU p-i—n структур с самоформирующимися наноостровками GeSi/Si для кремниевой оптоэлектроники.

Научная новизна работы

1. Метод спектроскопии ФПЭ впервые применен для исследования ГНС GeSi/Si. С помощью этого метода установлены особенности энергетического спектра и оптических переходов в островках, выращенных различными методами (молекулярно-лучевой эпитаксии, МЛЭ и СМЛЭ в среде GeHU).

2. Впервые проведён теоретический анализ формы края спектра фоточувствительности ГНС GeSi/Si, связанной с межзонным оптическим поглощением в островках GeSi/Si, включая влияние дисперсии островков по размерам и/или составу на форму спектров.

3. Впервые исследована зависимость спектров ФПЭ ГНС GeSi/Si от параметров структур: номинальной толщины осажденного слоя Ge doe, состава материала островков, их размеров и формы, в том числе в области перехода от слоевого роста к трехмерному и трансформации пирамидальных островков в куполообразные и далее — к образованию дислокаций несоответствия в ГНС с редактированными островками.

4. Впервые получены фотодиоды на основе p-i—n структур с самоформирующимися наноостровками GeSi/Si, выращенных методом

СМЛЭ в среде GeH4, исследованы спектры электролюминесценции (ЭЛ) и ФЧ, связанные с межзонными оптическими переходами в островках GeSi.

Научная и практическая значимость работы

1. Разработана методика диагностики ГНС GeSi/Si методом спектроскопии ФПЭ: определения энергий межзонных оптических переходов в островках GeSi, природы переходов (фононные, бесфононные). Указанные методики могут быть использованы для диагностики ГНС GeSi/Si (в т.ч. для экспресс диагностики) как в научно-исследовательских целях, так и в промышленном производстве.

2. Проанализирована форма края спектров ФЧ ГНС с наноостровками GeSi/Si и влияние на неё разброса островков по размерам и/или составу. Полученные результаты позволяют установить соответствие между средними значениями энергий основных межзонных переходов в островках GeSi/Si, полученными из спектров ФЧ, и спектральным положением линий ФЛ, связанных с межзонными излучательными переходами в островках.

3.Развита теория эмиссии фотовозбуждённых носителей заряда из КЯ и островков GeSi/Si, встроенных в барьер полупроводник/электролит (р—п переход, барьер Шоттки), позволяющая связать зависимость межзонной ФЧ слоёв GeSi от температуры и приложенного re барьеру напряжения с параметрами структур.

4. Показана возможность выращивания методом СМЛЭ в среде GeEU приборных структур с самоформирующимися наноостровками CeSi для светоизлучающих и фотоприёмных устройств на базе Si.

На защиту выносятся следующие положения;

1. Установлено, что полосы в области hv — 0,6 1,0 эВ (ЗООК) в спектрах фоточувствительности гетероструктур GeSi/Si(001) с номинальной толщиной Ge cIqs= 5ч-10 MC обусловлены межзонными оптическими переходами в наноостровках GeSi.

2. Показано, что спектр межзонной фоточувствительности гетероструктур GeSi/Si пропорционален спектру межзонного оптического поглощения в слоях GeSi, в отличие от фоточувствительности массивных Ge и Si.

3. Теоретически показано и экспериментально подтверждено, что форма края спектра межзонной фоточувствительности (300К) гетероструктур с наноостровками GeSi/Si описывается квадратичной зависимостью от hv, что связано с доминированием в спектрах непрямых переходов с участием фононов.

4. Установлено, что полосы с энергией края « 0,85 эВ (ЗООК) в спектрах фоточувствительности гетероструктур GeSi/Si с JGe>10 МС обусловлены наличием в структурах дислокаций несоответствия, возникающих вследствие релаксации упругих напряжений в островках.

Личный вклад автора в получение результатов

1. Основной вклад в разработку методики измерения спектров ФПЭ ГНС GeSi/Si [А2, A3, А13, А19] (совместно с М.А.Исаковым)

2. Равноценный вклад в исследование морфологии ГНС GeSi/Si с поверхностными наноостровками [А1 — А12, А19] (совместно с М.А.Исаковым, С.В.Сипровой)

3. Определяющий вклад в разработку методики анализа спектров фоточувствительности ГНС GeSi/Si [А1 — A3, А13, А19]

4. Равноценный вклад в развитие теории эмиссии фотовозбуждённых носителей из КЯ и наноостровков GeSi/Si [Аб, А19] (совместно с М.А. Исаковым).

5. Равноценный вклад в исследование спектров фоточувствительности и электролюминесценции p-i-n диодов с наноостровками GeSi [Al, А10] (совместно с С.В.Морозовым, Д.Ю.Ремизовым).

Апробация работы

Основные положения и результаты работы докладывались на

- Всероссийском совещании «Нанофотоника-2004» (Н.Новгород);

- Всероссийских симпозиумах «Нанофизика и наноэлектроника» (Н.Новгород) в 2005, 2006; 2007, 2008 гг.;

- VIII Российской конференции по физике полупроводников (Екатеринбург, 2007);

- III и V Межрегиональных научных школах для студентов и аспирантов (Саранск);

- IX и XII Нижегородской сессии молодых ученых,

- VI и VIII молодежных конференциях по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектронике (С.-Петербург, 2004, 2006),

- XV Российском симпозиуме по растровой электронной микроскопии и аналитическим методам исследования твердых тел (РЭМ-2007) (Черноголовка);

- 15th International Symposium "Nanostructures: Physics and Technology" (Novosibirsk, Russia, 2007),

- XXVI International Conference on the Physics of Semiconductors (Flagstaff, AZ, 2004), а также на семинарах Института физики микроструктур (ИФМ) РАН (Нижний Новгород), Научно-образовательного центра "Физика твердотельных наноструктур" (НОЦ ФТНС) Нижегородского государственного университета им. Н.И.Лобачевского (ННГУ) и Кафедры физиики твёрдого тела и наноструктур Воронежского государственного университета.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 19 научных работ, включая 6 статей в ведущих научных журналах и 13 публикаций в материалах

10 х \J

Российских и международных конференций. Список работ автора по теме диссертации приведён в Приложении 1.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и приложения. Объем диссертации составляет 167 стр., включая 61 рисунок и 3 таблицы. Список литературы включает 144 наименования. В приложении приведён список работ автора по теме диссертации.

Выводы к Главе 5

1. Установлено, что наноостровки GeSi/Si, выращенные методом СМЛЭ в среде GeHt, имеют большие размеры и большую дисперсию по размерам, чем островки, выращенные методом МЛЭ. Различие объясняется влиянием газовой атмосферы в ростовой камере, наличие которой увеличивает коэффициент поверхностной диффузии адатомов Ge, что стимулирует коалесценцию островков.

2. В спектре ФПЭ (300 К) ГС с наноостровками GeSi/Si(001), выращенной методом СМЛЭ в среде GeHi, в спектральной области hv = 0,9 -г- 1,1 эВ меньших наблюдаются полосы, связанные с межзонными оптическими переходами в наноостровках GeSi. В отличие от ГС с наноостровками GeSi/Si(001), выращенных методом МЛЭ, в спектрах ФПЭ структур, выращенных методом СМЛЭ в среде GeH4, доминируют пространственно-прямые переходы в островках GeSi, что связано с большими размерами островков. Энергии основных межзонных переходов в островках, определённые из спектров ФПЭ, согласуются с результатами расчёта зонной структуры островков, исходя из данных о составе материала островков, полученных методом РОМ.

3. В спектре ФПЭ ГС с наноостровками GeSi/Si, выращенной методом СМЛЭ в среде GeFLj, наблюдается провал при hv « Egs:, связанный с переходом от малосигнального режима ФПЭ к режиму большого сигнала.

4. Исследованы спектры фоточувствиентльности меза-диодов на основе р— i—п структур на базе Si с наноостровками GeSi в /-области, выращенных методом СМЛЭ в среде GeH4. В спектре фоточувствительности диодов (300К) в диаразоне hv = 0,9 1,1 эВ наблюдаются полосы, связанные с межзонными оптическими переходами в наноостровках GeSi. Спектральное положение края полос согласуется с положением края соответствующих полос в спектрах ФПЭ гетероструктур с наноостровками GeSi, выращенных в сходных условиях, а также с расчётам энергетического спектра островков.

5. В спектрах ЭЛ p-i-n диодов с наноостровках GeSi (77К) наблюдались линии, связанные с пространственно-прямыми и непрямыми излучательными рекомбинационными переходами в островках GeSi. Спектральные положения максимумов линий соответствуют положениям края полос фоточувствительности островков в спектре фоточувствительности диода.

Заключение

1. Разработаны методики измерения и анализа спектров ФПЭ ГНС с самоформирующимися наноостровками GeSi/Si: определения энергий и типа межзонных оптических переходов в островках, энергий фононов (в случае фононных переходов), состава материала островков.

2. Теоретически показано и экспериментально подтверждено, что форма края спектра фоточувствительности ГНС GeSi/Si, связанной с межзонным оптическим поглощением в островках, описывается квадратичной зависимостью от hv, что связано с доминированием в спектрах непрямых фононных переходов.

3. Показано, что неоднородность наноостровков GeSi/Si по размерам и/или составу приводит к отклонению спектра фоточувствительиости ГНС в спрямляющих координатах от прямой линии вблизи края. Вдали от края спектр фоточувствительности может быть аппроксимирован прямой, отсечка которой по оси hv соответствует максимуму распределения островков по энергиям межзонных переходов.

4. Развита теория эмиссии фотовозбуждённых носителей из КЯ и наноостровков GeSi/Si, встроенных в барьер Шоттки (р—п переход и т.п.), позволяющая связать зависимость межзонной фоточувствительности слоёв GeSi от температуры и приложенного к барьеру электрического напряжения с параметрами структур.

5. Установлено, что в области hv — 0,6 + 1,0 эВ (300К) в спектрах фоточувствительности ГНС GeSi/Si наблюдаются полосы, обусловленные межзонными оптическими переходами в КЯ Ge/Si (при dGe < 5 МС) и наноостровках GeSi/Si (dGe = 5 + 10 МС), а также между электронными состояниями, связанными с дислокациями несоответствия, возникшими вследствие релаксации упругих напряжений в наноостровках GeSi/Si.

6. Показана возможность выращивания методом СМЛЭ в среде GeRj приборных структур с самоформирующимися наноостровками CeSi для светоизлучающих и фотоприёмных устройств на базе Si.

1. Shiraki, Y. Fabrication technology of SiGe hetero-structures and their properties / Y. Shiraki, A. Sakai. // Surf. Sci. Reports 2005. - V.59, №3-5 - P. 153-207.

2. Silicon Photonics Eds. L.Pavesi, D.J.Lockwood / Stuttgart: Springer, 2004. -397p.

3. Красильник, З.Ф. Оптические свойства напряжённых гетероструктур на основе Si.xGex и Sij.x.y GexCy / З.Ф. Красильник, А.В. Новиков // УФН. -2000. -Т.170, №3. С.338-341.

4. Rogalski, A. Infrared detectors: status and trends / A.Rogalski // Prog. Quantum Electron. 2003. - Vol. 27, № 2-3. - P.59-210.

5. P.Capper and C.T.Elliott. Infrared Detectors and Emitters: Materials and Devices. Springer. -2000.

6. Двуреченский, А.В. Квантовые точки 2 типа в системе GeSi. / А.В. Двуреченский, А.И. Якимов // ФТП. -2001. -Т.35, № 9. С. 1143-1153.

7. Не, X. Well resolved room-temperature photovoltage spectra of GaAs-GalnP quantum wells and superlattices / X.He, M.Raseghi // Appl.Phys.Lett. 1993. -V.62, №6-P. 618-620.

8. Karpovich, I.A. Photoelectric spectroscopy of InAs/GaAs quantum dot structures in a semiconductor/electrolyte system / I.A. Karpovich, S.B. Levichev, S.V. Morozov et al. // Nanotechnology 2002. - V.13, №3 - P.445-450.

9. J.Bardeen. Semiconductor research leading to the point contact transistor. Nobel Lecture, December 11, 1956 //Nobel Lectures in Physics. World Scientific. 1995. -P. 318.

10. Goodman, A. M. A method for the measurement of short minority carrier diffusion lengths in semiconductors / A. M. Goodman // J. Appl. Phys. 1961. - V. 32.-P. 2550.

11. Chiang, C. Design for manufacturability and yield for Nano-Scale CMOS / C. Chiang, J. Kawa // Springer. 2006. - P. 185.

12. Bachmann, F. High power diode lasers / F. Bachmann, P. Loosen, R. Poprawe // Springer.-2007-P.200.

13. Foell, H. Formation and application of porous silicon / H. Foell, M .Christophersen, J. Carstensen, G. Hasse // Mat. Sci, Eng. R 39. - 2002. - P. 93.

14. Cullis, A.G. The structural and luminescence properties of porous silicon / A.G. Cullis, L.T. Canham, P.D.J. Calcott // Appl. Phys. Lett. V. 82. - 1997. - P. 909.

15. Bisi, O. Porous silicon: a quantum sponge structure for silicon based optoelectronics / O. Bisi, S. Ossicini, L. Pavesi // Surf. Sci. R 138. - 2000. - 1.

16. Pavesi, L. All-porous silicon-coupled microcavities: Experiment versus theory / L. Pavesi, G. Panzarini // Phys. Rev. В. V. 58. - 1998. - P. 15794.

17. Desurvire, E. Erbium-Doped Fiber Amplifiers: Principles and Applications / E. Desurvire // Wiley. 1994.

18. Priolo, F. Excitation and nonradiative deexcitation processes of Er3+ in crystalline Si / F. Priolo, G. Franzo, A. Camera // Phys. Rev. B. V.57. - 1998. - 4443.

19. Шмагин, В.Б. Электрически активные центры в светоизлучающих слоях Si:Er, полученных методом сублимационной молекулярно-лучевой эпитаксии / В.Б.Шмагин, Б.А.Андреев, А.В.Антонов, З.Ф.Красильник и др. // ФТП. 2002. -Т.36.-С. 178.

20. Vinh, N.Q. Optical properties of a single type of optically active center in Si/Si:Er nanostructures / N.Q. Vinh, H. Przybylinska, Z.F. Krasil'nik, T. Gregorkiewicz // Phys. Rev. B. V.70. - 2004. - P. 115332.

21. Palm, J. Electroluminescence of erbium-doped silicon / J. Palm, F. Gan, B. Zheng, J. Michel, L.C. Kimerling // Phys. Rev. B. V.54. - 1996. - P. 17603.

22. Shimizu-Iwayama, Т. Visible photoluminescence in Si+-implanted thermal oxide films on crystalline Si / T. Shimizu-Iwayama, S. Nakao, K. Saitoh // Appl. Phys. Lett. V.65. - 1994. - P. 1814.

23. Guha, S. Characterization of Si+ ion-implanted Si02 films and silica glasses / S. Guha // J. Appl. Phys. V.84. - 1998. - P.5210.

24. Optical properties of Si clusters and Si nanocrystallites in high-temperature annealed SiO* films / T. Inokuma, Y. Wakayama, T. Muramoto, R. Aoki, Y. Kurata, S. Hasegawa // J. Appl. Phys. V.83. 1998. - P. 2228.

25. Nucleation and growth of nanocrystalline silicon studied by ТЕМ, XPS and ESR / K. Sato, T. Izumi, M. Iwase, Y. Show, H. Morisaki, T. Yaguchi, T. Kamino // Appl. Surf. Sci. V.216. - 2003. - P. 376.

26. Tuning the emission wavelength of Si nanocrystals in Si02 by oxidation / M.L. Brongersma, A. Polman, K.S. Min, E. Boer, T. Tambo, H.A. Atwater // Appl. Phys. Lett. V.72. - 1998. - P. 2577.

27. Optical gain in silicon nanocrystals / L. Pavesi, L. Dal Negro, C. Mazzoleni, G. Franzo, F. Priolo //Nature. V.408. - 2000. - P. 440.

28. Zhuravlev, K.S. Mechanism of photo luminescence of Si nanocrystals fabricated in a Si02 matrix / K.S. Zhuravlev, A.M. Gilinsky, A.Yu. fCobitsky // Appl. Phys. Lett. -V.73. 1998. - P. 2962.

29. О формировании нанокристаллов кремния при отжиге слоев Si02, имплантированных ионами Si / Г.А. Качурин, С.Г. Яновская, В.А. Володин, В.Г. Кеслер, А.Ф. Лейер, М.-О. Ruault // ФТП. Т.36. - 2002. - С. 685.

30. The enhancement of luminescence in ion implanted Si quantum dots in Si02 matrix by means of dose alignment and doping / D.I. Tetelbaum, O.N. Gorshkov, S.A. Trushin, D.G. Revin, D.M. Gaponova, W. Eckstein // Nanotechnology. V. 11. -2000.-P. 295.

31. The influence of phosphorus and hydrogen ion implantation on the photoluminescence of Si02 with Si nanoinclusions / D.I. Tetelbaum, S.A. Trushin, V.A. Burdov, A.I. Golovanov, D.G. Revin, D.M. Gaponova // Nucl. Instr. Meth. B. -Vol. 174.-2001.-P. 123.

32. Control of photoluminescence properties of Si nanocrystals by simultaneously doping n- andp-type impurities / M. Fujii, Y. Yamaguchi, Y. Takase, K. Ninomiya, S. Hayashi 11 Appl. Phys. Lett. V. 85. - 2004. - P. 1158.

33. Особенности фотолюминесценции в Si02 с нановкшочениями кремния, полученными методом ионной имплантации / Д.И. Тетельбаум, И.А. Карпович, М.В. Степихова, В.Г. Шенгуров, К.А. Марков, О.Н. Горшков // Поверхность. -№5.- 1998.-С.31.

34. Е.И.Зорин, Е.И. Ионное легироваиие полупроводников / Е.И. Зорин, П.В. Павлов, Д.И. Тетельбаум // М.: Энергия, 1975. 375 с.

35. Kveder, V. Recombination activity of contaminated dislocations in silicon: A model describing electron-beam-induced current contrast behavior / V. Kveder, M. Kittler, W. Schroter // Phys. Rev. B. V.63. - 2001. - P. 115208.

36. Optical properties of oxygen precipitates and dislocations in silicon / S. Binetti, S. Pizzini, E. Leoni, R. Somaschini, A. Castaldini, A. Cavallini / J. Appl. Phys. V.92. -2002.-P. 2437.

37. Oxygen participation in the formation о Г the photo luminescence W center and the center's origin in ion-implanted silicon crystals / M. Nakamura, S. Nagai, Y. Aoki, H. Naramoto // Appl. Phys. Lett. V.72. - 1998. - P. 1347.

38. Room-temperature silicon light-emitting diodes based on dislocation luminescence / V. Kveder, M. Badylevich, E. Steinman, A. Izotov, M. Seibt, W. Schroeter // Appl. Phys. Lett. V.84. - 2004. - P. 2106.

39. Гетероэпитаксиальный рост InAs на Si: новый тип квантовых точек / Г.Э. Цырлин, В.Н. Петров, В.Г. Дубровский, Ю.Б. Самсоненко, Н.К. Поляков, А.О. Голубок, С.А. Масалов, Н.И. Комяк, В.М. Устинов, А.Ю. Егоров и др. // ФТП. -Т.33.- 1999.-С. 1066.

40. Selective epitaxial growth of SiixGex/Si strained-layers in a tubular hot-wall low pressure chemical vapor deposition system / W.-C. Wang, J. P. Denton, G.W. Neudeck et al//J. Vac. Sci. Technol. B. 1997. - V. 15.-P. 138-141.

41. Vescan, L. Facet investigation in selective epitaxial growth of Si and SiGe on (001) Si for optoelectronic devices / L. Vescan, K. Grimm, C. Dieker // J. Vac. Sci. Technol. B.- 1998.-V. 16.-P. 1549- 1554.

42. Growth and characterization of self-assembled Ge-rich islands on Si / G. Abstreiter, P. Schittenhelm, C. Engel, E. Silveira, A. Zrenner, D. Meertens, W. Jager //Semicond. Sci. Technol. V.l 1. - 1996. - P. 1521.

43. Кремний-германиевые наноструктуры с квантовыми i очками: механизмы образования и электрические свойства / О.П. Пчеляков, Ю.Б. Болховитянов, А.В. Двуреченский, JI.B. Соколов, А.И. Никифоров, А.И. Якимов, Б. Фойхтлендер // ФТП. Т.34. - 2000. - С. 1281.

44. Ge/Si-фотодиоды и фототранзисторы со всфоенными слоями квантовых точек Ge для волоконно-оптических линий связи / А.И. Якимов, А.В. Двуреченский, В.В. Кириенко, А.И. Никифоров // Ф Г Г. Т.47. - 2005. - С.37.

45. Interlevel GeSi quantum dot infrared photodetector / A.I. Yakimov, A.V. Dvurechenskii, A.I. Nikiforov, Yu. Yu. Proskuryakov // J. Appl. Phys. V. 89. -2001.-P. 5676.

46. Namavar, F. Optical vvaveguiding in Si/Sij-xGex/Si heterostructures / F. Namavar, R. A. Soref// J. Appl. Phys. V. 70. - 1991. - P. 3370.

47. Suto, K.' Semiconductor Raman Lasers / K. Suto, J. Nishizawa // Artech. 1994.

48. Эффект Ваннье-Штарка в сверхрешетке квантовых точек Ge/Si / М.М. Соболев, Г.Э. Цырлин, А.А. Тонких, Н.Д. Захаров / ФТГ1. Т. 42. - 2008. - С. 311.

49. Kasper, Е. SiGe alloys and heterojunctions extending the performance of Si devices / E. Kasper // Current Opinion in Solid State and Materials Science. - V. 2. -1997.-P. 48.

50. Konig, U. Challenges for a Si/Ge heterodevice technology / U. Konig // Microelectron. Eng. V.23. - 1994. - P. 3.

51. A silicon nanocrystals based memory / S. Tiwaiy, F. Rana, И. I-Ianafi, A. Hartstein, E. Crabbe, K. Chan // Appl.Phys.Lett. V. 68. - 1996. - P. 1377.

52. Si/SiGe electron resonant tunneling diodes / D.J. Paul, P. See, I.V. Zozoulenko, K.-F. Berggren, B. Kabius, B. Hollander, S. Mantl // Appl. Phys. Lett. V.77. -2000.-P.1653.

53. Xie, Y.H. SiGe field effect transistors / Y.H. Xie // Mat. Sci. Eng. R. V. 25. -1999.-P. 89.

54. Teichert, C. Self-organization of nanostructures in semiconductor heteroepitaxy / C. Teichert // Phys. Rep. V. 365. - 2002. - P. 335.

55. Paul, D.J. Si/SiGe heterostructures: from material and physics to devices and circuits / D.J. Paul // Semicond. Sci. Technol. V. 19. - 2004. - P.75.

56. Goues, F.K.Le. Measurement of the activation barrier to nucleation of dislocation in thin films / F.K.Le Goues, P.M. Mooney, J. Tersoff// Phys. Rev. Lett. V. 71. -1993.-P. 396.

57. STM study of the Ge growth mode on Si(001) substrates / M. Tomitori, K. Watanabe, M. Kobayashi, O. Nishikawa // Appl.Surf.Sci. V.76. - 1994. - P. 322.

58. Stranski, I.N. Zur Theorie der orientierten Ausscheidung von Ionenkristallen aufeinander / I.N. Stranski, L. von Krastanow // Sitzungsberichte der. Akad. D. Wissenschaften in Wien. Mathnaturwiss, IClasse. Vol.146. - 1937. - PP.797-810.

59. Tersoff, J. Competing relaxation mechanisms in strained layers / J. Tersoff, F.K.Le Goues // Phys. Rev. Lett. V.72. - 1994. - P. 3570.

60. Voigtlander, B. Fundamental processes in Si/Si and Ge/Si epitaxy studied by scanning tunneling microscopy during growth / B. Voigtlander // Surf. Sci. Reports. -V. 43.-2001.-P. 127.

61. Kastner, M. Kinetically self-limiting growth of Ge islands on Si(001) / M. Kastner, B. Voigtlander // Phys. Rev. Lett. V. 82. - 1999. - P. 2745.

62. Однородные наноостровки Ge на Si(001) / H.B. Востоков, И.В. Долгов, Ю.Н. Дроздов, З.Ф. Красильник, Д.Н. Лобанов, Л.Д. Молдавская, А.В. Новиков, В.В. Постников, Д.О. Филатов // Известия РАН: Серия физическая. Т. 63. - 2000. -С. 302-304.

63. Ross, F.M. Transition states between pyramids and domes during Ge/Si island growth / F.M. Ross, R.M. Tromp, M.C. Reuter // Science. V.286. - 1999. - P. 1931.

64. Krasil'nik, Z.F. The elastic strain and compositionof self-assembled GeSi islands on Si(001) / Z.F. Krasil'nik, N.V. Vostokov, S.A. Gusev et al / Thin Solid Films. -2000.-V. 367.-P. 171.

65. Medeiros-Ribeiro, G. Shape transition of germanium nanocrystals on a silicon (001) surface from pyramids to domes / G. Medeiros-Ribeiro, A.M. Bratkovski, T.I. Kamens, D.A.A. Ohlberg, R.S. Williams // Science. 1998. - V.279. - P. 353.

66. Востоков, H.B. Упругие напряжения и состав самоорганизующихся наноостровков GeSi на Si(001) / H.B. Востоков, С.А. Гусев, И.В. Долгов и др. // ФТП. 2000. - Т. 34. № 1.С. 8- 12.

67. Novikov, A.V. Strain-driven alloying: effect on sizes, shape and photoluminescence of GeSi/Si(001) self-assembled islands / A.V.Novikov, B.A.Andreev, N.V.Vostokov et al. // Mat. Sci. Eng. B. 2002. - V. 89. - P. 62.

68. Chaparro, S.A. Strain relief via trench formation in Ge/Si(100) islands / S.A. Chaparro, Y. Zhang, J. Drucker // Appl. Phys. Lett. V. 76. - 2000. - P. 3534.

69. Tambe, D.T. On the energetic origin of self-limiting trenches formed around Ge/Si quantum dots / D.T. Tambe, V.B. Shenoy // Appl. Phys. Lett. V. 85. - 2004. -P. 1586.

70. Sonnet, Ph. Physical origin of trench formation in Ge/Si(100) islands / Ph. Sonnet, P.C. Kelires // Appl. Phys. Lett. V. 85. - 2004. - P. 203.

71. Strain relaxation by alloying effects in Ge islands grown on Si(001) / X.Z. Liao, J. Zou, D.J.H. Cockayne, J. Qin, Z.M. Jiang, X. Wang, R. Leon // Phys. Rev. В. V. 60. - 1999.-P. 15605.

72. Температурная зависимость морфологии ансамблей напокластеров в системе Ge/Si(100) / В .Г. Дубровский, В.М. Устинов, А. А. Тонких, В. А. Егоров, Г.Э. Цырлин, P. Werner // Письма в ЖТФ. Т. 29. - 2003. - С. 41.

73. О возможностях подавления формирования dome-кластсров при молекулярно-пучковой эпитаксии Ge на Si (100) / А.А. Тонких, Г.Э. Цырлин, В.Г. Дубровский, В.М. Устинов, P. Werner // ФТП. Т. 38. - 2004. - С. 1239.

74. Особенности фотолюминесценции Ge(Si)/Si(001) самоформирующихся островков, выращенных на напряженном SijvGev слое / Н.В. Востоков. Ю.Н. Дроздов, З.Ф. Красильник, Д.Н. Лобанов, А.В. Новиков, А.Н. Яблонский // ФТП. Т. 40. - 2006. - С. 343.

75. Особенности формирования Ge(Si) островков на рслаксироваиных Sii ^Ge^/Si(001) буферных слоях / Н.В. Востоков, Ю.Н. Дроздов, З.Ф. Красильник, О .А. Кузнецов, Д.Н. Лобанов, А.В. Новиков, М.В. Шалев // ФТП. Т. 40. - 2006. -С. 235.

76. Эффекты электрон-электронного взаимодействия в оптических свойствах плотных массивов квантовых точек Ge/Si / А.И. Якимов, А.В. Двуреченский, Н.П. Степина, А.И. Никифоров // ЖЭТФ. № 119. - 2001. - С. 574.

77. Бассани, Ф. Электронные состояния и оптические переходы в твердых телах / Ф. Бассани, Дж. Пастори Парравичини // М.: Наука, 1982. 152.

78. Гетероструктуры с квантовыми точками: получение, свойства, лазеры / Н.Н. Леденцов, В.М. Устинов, В.А. Щукин, П.С. Копьев, Ж.И. Алферов, Д.Бимберг // ФТП. Т. 32. - 1998. - С. 385.

79. Charged Excitons in self-assembled semiconductor quantum dots / R.J. Warbuton, C.S. D'urr, K. Karrai, J.P. Kotthaus, G. Medeiros-Ribeiro, P.M. Petroff// Phys. Rev. Lett. V. 79. - 1997. - P. 5282.

80. Photoluminescence of charged InAs self-assembled quantum dots / К.Ы. Schmidt, G. Medeiros-Ribeiro, P.M. Petroff// Phys. Rev. В. V. 58. - 1998. - P. 3597.

81. Suppression of phonon replica in the radiative recombination of an MBE-grown type-II Ge/Si quantum dot / S. Fukatsu, H. Sunamura, Y. Shiraki, S. Komiyama // Thin Solid Films. -V. 321. 1998. - P. 65.

82. Effect of overgrowth temperature on the phololuminescencc of Ge/Si islands / O.G. Schmidt, U. Denker, K. Eberl, O. Kienzle, F. Ernst // Appl. Phys. Lett. V. 77. -2000.-P. 2509.

83. Низкоэнергетическая фотолюминесценция структур с GeSi/Si(001) самоорганизующимися наноостровками / Н.В. Востоков, Ю.11. Дроздов, З.Ф. Красильник, Д.Н. Лобанов, А.В. Новиков, А.Н. Яблонский // Письма в ЖЭТФ. -Т. 76.-2002.-С. 425-435.

84. Самоорганизующиеся наноостровки Ge в Si, полученные методом молекулярно-лучевой эпитаксии / В.Я. Алешкин, Н.А. Бекии, Н.Г. Калугин, З.Ф. Красильник, А.В. Новиков, В.В. Постников, X. Сейрингер // Письма в ЖЭТФ. -Т. 67.- 1998.-С. 46.

85. Schmidt, O.G. Strain and band-edge alignment in single and multiple layers of selfassembled Ge/Si and GeSi/Si islands / O.G. Schmidt, K. Eberl, Y. Rau // Phys. Rev. B.-V. 62.-2000.-P. 16715.

86. Schmidt, O.G. Photoluminescence study of the initial stages of island formation for Ge pyramids/domes and hut clusters on Si(001) / O.G. Schmidt, C. Lange, K. Eberl // Appl. Phys. Lett. V. 75. - 1999. - P. 1905.

87. Ge hut cluster luminescence below bulk Ge band gap / U. Denker, M. Stoffel, O.G. Schmidt, H. Sigg // Appl. Phys. Lett. V. 82. - 2003. - P. 454.

88. Brunner, K. Ordering and electronic properties of self-assembled Si/Ge quantum dots / K. Brunner, G. Abstreiter // Appl. Phys. V. 40. - 2001. - P. 1860.

89. Coexistence of fast and slow luminescence in threedimensional Si/SiivGe* nanostructures / B.V. Kamenev, L. Tsybeskov, J.-M. Baribcau, D.J. Lockwood // Phys. Rev. В. V. 72. - 2005. - P. 193306.

90. Фотолюминесценция структур с GeSi/Si(001) самоорганизующимися наноостровками / Н.В. Востоков, Ю.Н. Дроздов, З.Ф. Красильник. Д.Н. Лобанов, А.В. Новиков, А.Н. Яблонский // Известия РАН: Серия физическая. Т. 66. -2003.-С. 159.

91. Well resolved band-edge photoluminescence of excitons confined in strained Si^Ge^ quantum wells / J.C. Storm, H. Manoharan, L.C. Lenchyshyn, M.L.W. Thewalt, N.L. Rowell, J.-P. Noel, D.C. Houghton // Phys. Rev. Lett. V. 66.- 1991. -P. 1362.

92. High quantum efficiency photoluminescence from localized excitons in Sii-jGe*. / L.C. Lenchyshyn, M.L.W. Thewalt, J.C. Sturm, P.V. Schwartz, E.J. Prinz, N.L. Rowell, J.-P. Noel, D.C. Houghton // Appl. Phys. Lett. V. 60. - 1992. - P. 3174.

93. Room temperature electroluminescence from Ge/Si quantum dots supcrlattice close to 1.6 mkm / V.G. Talalaev, G.E. Cirlin, A.A. Tonkikh, N.D. Zakharov, P. Werner // Phys. Stat. Sol. (a). № 1. - 2003. - P. P. 198-201.

94. Stoffel, M. Electrolumiscence of self-assembled Ge hut clusters / M. Stoffel, U. Denlcer, O.G. Schmidt // Appl. Phys. Lett. V. 82. - 2003. - P. 3236-3240.

95. Room-temperature light-emitting diodes with Ge islands / L. Vescan, O. Chretien, T. Stoica, E. Mateeva, A. Muck // Mat. Sci. Semicond. Processing. V. 3. -2000.-P. 383.

96. Photoluminiscence and electroluminiscencc of SiGe dots fabricated by island growth / R. Aperz, L. Vescan, A. Hartmann, C. Dieker, H. Lilth // Appl. Phys Lett. -V. 66.- 1995.-P. 445-448.

97. Kronik, L. Surface photovoltage phenomena: theory, experiment, and applications / L. Kronik, Y. Shapira // Surf. Sci. Reports. V. 37. - 1999. - P. 1.

98. Фотодиоды Ge/Si со встроенными слоями квантовых точек Gc для ближней инфракрасной области (1,3 1,5 мкм) / А.И. Якимов, А.В. Двуреченский, А.И. Никифоров, С.В. Чайковский, С.А. Тийс // ФТП. - Т. 37. - 2003. - С. 1383-1385.

99. Якимов, А.И. Волноводные Ge/Si-фотодиоды со встроенными слоями квантовых точек Ge для волоконно-оптических липни связи / А.И.Якимов, А.В.Двуреченский, В.В.Кириенко // ФТП. 2004. - Т. 38. - С. 1265-1269.

100. Шевченко, С.А. Дислокационная фотолюминесценция в кристаллах кремния с различным примесным составом / С.А. Шевченко, A.M. Изотов // ФТП. Т. 45. - 2003. - С. 248-252.

101. Штейнман, Э.А. Модификация центров дислокационной люминесценции в кремнии под влиянием кислорода / Э.А. Штейнман // ФТП. Т. 47. - 2005. - С. 9.

102. Schroeter, W. Interaction of point defects with dislocations in silicon and germanium / W. Schroeter, H. Cerva // Solid State Phenomena. V. 67. - 2002. -P.85-86.

103. Кведер, В.В. Инженерия дефектов в применении к дислокациям в кремнии и ее перспективы для кремниевой оптоэлектроники и солнечной энергетики /

104. В.В. Кведер // Материалы Всерос. сов. "Нанофизика и наноэлектроника" (Нижний Новгород). Т. 1. - 2006. - С. 56.

105. Room-temperature silicon light-emitting diodes based on dislocation luminescence / V. Kveder, M. Badylevich, E. Steinman, A. Izotov, M. Seibt, W. Schroeter // Appl. Phys. Lett. V. 84. - 2004. - 1\ 2106.

106. Photovoltaic investigations of interband transitions in SiGe/Si multiple quantum wells / J. Wang, D. Gong, F. Lu, H. Sun // Appl. Phys. Lett. V. 66. - 1995. - P. 1782-1788.

107. Gas source Si-MBE / H. Hirayama, M. Hiroi, K. Koyama, T. Tatsumi // J. Cryst. Growth. V. 105. - 1990. - P. 46.

108. Орлов, JI.K. Особенности кинетики роста слоев твердого раствора кремний-германий из силана и германа при наличии в вакуумной камере дополнительного нагретого элемента / JI.K. Орлов, А.В. Потапов, С.В. Ивин // ЖТФ. Т. 70. - 2000. - С. 102.

109. Валах, М.Я. Влияние диффузии Si на рост, параметры и фотолюминесценцию GeSi/Si(001) самоорганизующихся наностровков / М.Я.Валах, Н.В.Востоков, С.А.Гусев и др. // Известия РАН: Серия физическая. -2002.-Т. 62.-С. 160.

110. Валах, М.Я. Спектроскопия комбинационного рассеяния света и электроотражение самоорганизованных SiGe-наноостровков, сформированных при различных температурах / М.Я.Валах, Р.Ю.Голиней, В.Н.Джаган и др. // ФТТ. 2005. - Т. 47. - С. 54.

111. Диагностика поверхности с помощью сканирующей силовой микроскопии / А. А. Бухараев, Н.В. Бердунов, Д.В. Овчинников. К.М. Салихов // Микроэлектроника. Т. 26. - 1997. - С. 163-173.

112. Арутюнян, В.М. Физические свойства границ по чу проводник — электролит /В.М. Арутюнян/УФН.-№ 158. 1989. - С. 255.

113. Карпович, И.А. Диагностика гетероструктур с квантовыми ямами методом спектроскопии конденсаторной фотоэдс / И.А. Карпович, Д.О. Филатов // ФТП. -Т. 30.- 1996.-С. 1745.

114. Vasko, F.T. Electronic states and optical transitions in semiconductor heterostructures / F.T. Vasko, A.V. Kuznetsov // Springer. 1999.

115. Фотоэлектрические свойства эпитаксиальных гетероструктур GaAs/InGaAs с квантовой ямой / И.А. Карпович, В.Я. Алешкин, А.В. Антон, Т.С. Бабушкина, Б.Н. Звонков, И.Г. Малкина // ФТП. Т. 24. - 1990. - С. 2172.

116. Chakraborty, Т. Quantum Dots / Т. Chakraborty // Elsevier. 1999. - С. 302.

117. Surfactant effect of bismuth in the MOVPE growth of the InAs quantum dots on GaAs / B.N. Zvonkov, I.A. Karpovich, N.V. Baidus, D.O. Filatov, S.V. Morozov, Yu.Yu. Gushina // Nanotechnology. V. 11. - 2000. - P. 221.

118. Moss, T.S. Photovoltaic and photoconductivc theory applied to InSb / T.S. Moss //J. Elect. Control.-V. 1,- 1955.-P. 126-130.

119. Грибковский, В.П. Теория поглощения и испускания света в полупроводниках / В.П. Грибковский // Минск: Наука и юхпика, 1975.-375 с.

120. Lucovsky, G. On the photoionization of deep impurity centers in semiconductors / G. Lucovsky // Solid State Commun. V. 3. - 1965. - P. 299.

121. Steady-state carrier escape from single quantum wells / J. Nelson, M. Paxman, K.W.J. Barnham, J.S. Roberts, C. Button // IEEE J. Quantum Electron. V. 29. 1993. -P. 1460-1465.

122. Simmons, J.G. Generalized formula for the electric tunnel effect between similar electrodes separated by a thin insulating film / J.G. Simmons // J. Appl. Phys. V. 34. - 1963.-P. 1793.

123. Esaki, L. New type of negative resistance in barrier tunneling / L. Esaki, P.J. Stiles //Phys. Rev. Lett. V. 16.- 1966.-P. 1108.

124. Ballistic electron studies and modification of the Au Si interface / A. Fernandez, H.D. Hailen, T. Huang, R.A. Buhrman, J. Silcox // Appl. Phys. Lett. -V. 57. 1990. -P. 2826.

125. Eaglesham, D.J. Dislocation-free Stranski-Krastanow growth of Gc on Si(001) / D.J. Eaglesham, M.Cerullo // Phys. Rev. Lett. V. 64. - 1990. - P. 1943.

126. Проблемы физики поверхности полупроводников. Ред. О.В.Снитко. Киев: Наукова думка, 1981. 315 с.

127. Алешкин, В.Я. Спектры электронов и дырок и правила отбора для оптических переходов в Ge^Si./Ge / В.Я. Алешкин, . 1.А. Пекин // ФТП. — 31. — 1997.-С. 171-180.

128. Востоков, Н.В. Исследование методом атомно-силовой микроскопии роста самоорганизующихся наноостровков Ge на Si (001) / М.В.Востоков, З.Ф.Красильник, Д.Н.Лобанов и др. // Поверхность. 2000. - №7. - С. 12.

129. Кузнецов, В.П. Электролюминесценция на длине волны 1,54 мкм в структурах Si:Er/Si, выращенных методом сублимационной молекулярно-лучевой эпитаксии / В.П.Кузнецов, Д.Ю.Ремизов, В.Н.Шабанов и др. // ФТП. — 2006.-Т. 40.-С. 868. '

130. Inoue, К. Photonic crystals: physics, fabrication, and applications / K. Inoue, K. Ohtaka // Springer. 2004. - P. 202.

131. Fahr, S. Engineering the randomness for enhanced absorption in solar cells / S. Fahr, C. Rockstuhl, F. Lederer // Appl. Phys. Lett. V. 92. - 2008. - P. 171114.