Фотолюминесцентные свойства ионов эрбия в слоях твердых растворов кремний-германия и в структурах с кремниевыми нанокристаллами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА I. ОСОБЕННОСТИ ЛЮМИНЕЦЕНЦИИ ИОНОВ ЭРБИЯ (Ег3*) В

ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ МАТРИЦАХ (обзор литературы)

1.1 Энергетический спектр и люминесцентные свойства ионов Ег3* в твердотельных диэлектрических матрицах

1.2 Характеристики фото- и электролюминесценции ионов Ег3* в полупроводниках: энергетический спектр, среднее время жизни, механизм возбуждения

1.2.1 Кристаллический кремний и другие полупроводниковые ц кристаллы, легированные эрбием

1.2.2 Тонкие слои и волноводные структуры на основе твёрдых растворов Sii.xGex:Er

1.2.3 Аморфный кремний, легированный эрбием

1.2.4 Кремниевые нанокристаллы в диоксиде кремния, легированном эрбием

1.3 Структура оптически активных эрбиевых центров в кремнии и диоксиде кремния

1.4 Особенности оптических свойств легированных эрбием кремниевых структур при высоких уровнях возбуждения

1.5 Выводы из обзора литературы и постановка задачи исследования

ГЛАВА II. ОБРАЗЦЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Слои твердых растворов Sii.xGex:Er

2.2 Структуры кремниевых нанокристаллов в матрице диоксида кремния, легированной эрбием (nc-Si/Si02:Er)

2.3 Методика измерения спектров и кинетик фотолюминесценции

2.4 Схема эксперимента по исследованию оптического усиления

ГЛАВА III. ФОТО ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ ИОНОВ ЭРБИЯ В СЛОЯХ

ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ КРЕМНИЙ-ГЕРМАНИЯ

3.1 Зависимость характеристик ФЛ от состава и условий формирования образцов

3.2 Температурная зависимость ФЛ

3.3 Зависимость характеристик ФЛ образцов Si/Sij.xGex:Er/Si от

Ь интенсивности оптического возбуждения

3.4 Динамика населённости состояний ионов Ег3* в Sii.xGex:Er структурах

ГЛАВА IV. ИЗУЧЕНИЕ ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦЕНТНЫХ СВОЙСТВ

СТРУКТУР nc-Si/Si02:Er

4.1 Характеристики ФЛ нелегированных структур nc-Si/Si

4.1.1 Спектры и кинетики ФЛ при Т=300 К

4.1.2 Температурная зависимость ФЛ

4.2 Фотолюминесцентные свойства структур nc-Si/Si02:Er

4.2.1 Зависимость характеристик ФЛ ионов от размеров нанокристаллов

4.2.2 Расчет энергии штарковского расщепления уровней ионов Ег» имплантированных в nc-Si/Si

4.2.3 Температурная зависимость ФЛ

4.2.4 Зависимость интенсивности ФЛ образцов nc-Si/Si02:Er от концентрации эрбия

4.3 Теоретический и экспериментальный анализ люминесцентных характеристик структур nc-Si/SiC>2:Er при интенсивном оптическом возбуждении

4.3.1 Зависимость характеристик ФЛ ионов от интенсивности накачки

4.3.2 Феноменологическая модель возбуждения/девозбуждения экситонов и ионов в структурах с кремниевыми нанокристаллами

4.3.3 Определение относительной концентрации возбужденных ионов и оптического усиления в структурах nc-Si/Si02:Er

Актуальность работы

Одной из актуальных задач современной полупроводниковой оптоэлектроники является исследование новых материалов, обладающих высокой эффективностью эмиссии света при оптическом или электрическом возбуждении и основанных на кремнии -базовом элементе микроэлектроники. Цель таких исследований - создание светоизлучающего прибора, совместимого со стандартной кремниевой технологией для внедрения в существующие интегральные схемы. Излучательная эффективность объёмного кристаллического кремния чрезвычайно мала вследствие непрямозонности данного материала. Резкого увеличения интенсивности люминесценции удаётся добиться при переходе к нанокристаллическому кремнию [1]. Однако, ряд проблем, таких, например, как наличие флуктуаций размеров кремниевых нанокристаллов, существенно затрудняет задачу получения оптического усиления и лазерного эффекта в подобных структурах. В этой связи весьма перспективным представляется альтернативный способ увеличения излучательной способности кремния, а именно, использование его в качестве матрицы для сенсибилизации люминесценции различных примесей. Среди последних особое внимание привлекают ионы редкоземельных элементов, и, в частности, ионы эрбия (Ег3*). Будучи переведёнными в возбуждённое состояние, они способны излучать свет с длиной волны около 1.5 мкм, что соответствует минимуму потерь оптоволоконных линий связи [2,3]. Создание оптического усилителя или лазера на основе легированной эрбием кремниевой матрицы позволило бы интегрировать на единой подложке элементы опто- и микроэлектроники. Для этих целей необходимо как глубокое понимание механизмов возбуждения и девозбуждения ионов Ег3+ при их взаимодеиствии с твердотельной матрицей, так и изучение условий, необходимых для получения оптического усиления.

Целью данной работы являлось исследование фотолюминесцентных (ФЛ) свойств легированных эрбием структур на основе кремния для получения информации о процессах возбуждения и релаксации электронных состояний ионов Ег3"1" в неоднородной твердотельной матрице, а также для изучения условий достижения инверсной населённости уровней энергии ионов Ег3+ при интенсивной оптической накачке. Объектами изучения являлись структуры кремниевых нанокристаллов в матрице диоксида кремния, легированные эрбием (nc-Si/Si02:Er), а также слои твердых растворов кремний-германия с примесью эрбия (Sii-xGex:Er). Перспективность nc-Si/Si02:Er-CTpyKTyp объясняется высоким квантовым выходом и хорошей температурной стабильностью ФЛ. Образцы Sii.xGex:Er характеризуются, в свою очередь, высокой степенью локализации света в активном кремний-германиевом слое за счёт своей волноводной структуры, а также возможностью возбуждения люминесценции электрическим током.

В работе были поставлены следующие задачи:

1. Изучить влияние структурных свойств образцов nc-Si/Si02:Er и Si/Sii-xGex:Er/Si, а

Ч. также интенсивности оптической накачки и температуры на среднее время жизни и интенсивность ФЛ ионов Ег3"1".

2. Провести экспериментальное и теоретическое исследование зависимости спектра и среднего времени жизни эрбиевой ФЛ от размеров кремниевых нанокристаллов в структурах nc-Si/Si02:Er.

3. В рамках феноменологической модели проанализировать процессы релаксации энергии электронного возбуждения в связанной системе на основе ионов Ег3+ и кремниевых нанокристаллов в структурах nc-Si/Si02:Er и сравнить выводы модели с результатами эксперимента.

4. Экспериментально исследовать возможность достижения инверсной населённости уровней ионов Ег3+ в структурах nc-Si/Si02:Er и Si/Sii.xGex:Er/Si.

Научная новизна результатов, полученных в диссертации:

1) Проведено всестороннее исследование зависимости времени жизни и интенсивности ФЛ ионов эрбия в образцах nc-Si/Si02:Er и Si/Sii.xGex:Er/Si от структурных параметров, интенсивности оптической накачки и температуры.

2) Обнаружено и объяснено влияние размеров кремниевых нанокристаллов на ширину спектра и время жизни ФЛ ионов эрбия в структурах nc-Si/Si02:Er.

3) Показано, что феноменологическая модель передачи и релаксации энергии в системе взаимодействующих ионов эрбия и экситонов в кремниевых нанокристаллах хорошо описывает экспериментальные данные по измерению ФЛ структур nc-Si/Si02:Er.

4) Впервые на основании экспериментальных данных и теоретического анализа продемонстрирована возможность достижения инверсной населённости уровней ионов Ег3+ в структурах nc-Si/Si02:Er и Si/Si].xGex:Er/Si.

Научная и практическая значимость работы

Полученные в работе новые результаты являются важными как для понимания фундаментальных электронных и оптических свойств легированных эрбием кремниевых структур, так и в прикладном плане - как следующий шаг на пути создания компактных диодов, оптических усилителей и лазеров, совместимых с кремниевой технологией и системами телекоммуникации.

На защиту выносятся следующие положения:

1) Новая информация о кинетике ФЛ оптически активных центров эрбия в твердых растворах Sii.xGex:Er (х >0.08).

2) Новые экспериментальные и теоретические данные о влиянии размеров кремниевых нанокристаллов, интенсивности оптической накачки и температуры на ширину спектра и среднее время жизни ФЛ ионов Ег3"1" в структурах nc-Si/Si02:Er.

3) Полученный на основании экспериментальных данных вывод о возможности достижения инверсной населенности уровней энергии ионов Ег3+ в структурах nc-Si/Si02:Er и Si/Sii-xGex:Er/Si при интенсивной оптической накачке.

Апробация работы

Результаты, вошедшие в диссертацию, опубликованы в 27 работах, из которых 10 — статьи в научных журналах и сборниках (см. список публикаций) и 17 - тезисы докладов в материалах конференций. Апробация проходила на следующих конференциях: Совещание "Нанофотоника-2004", Нижний Новгород, Россия, 2004; X Международная конференция "Физика диэлектриков" ("Диэлектрики-2004"), Санкт-Петербург, Россия, 2004; IV Международная конференция "Аморфные и микрокристаллические полупроводники" Санкт-Петербург, Россия, 2004; V международный российско-украинский семинар "Нанофотоника и наноэлектроника", Санкт-Петербург, Россия, 2004; 2nd International Conference on Materials science and Condensed Matter Physics, Chisinau, Moldova, 2004; Научная конференция "Ломоносовские чтения. Секция физики" МГУ, Москва, Россия, 2004; International Conference on Advanced Laser Technologies (ALT' 04); Rome, Italy, 2004; VI Всероссийская молодежная конференция по физике полупроводников и полупроводниковой опто- и наноэлектроники, Санкт-Петербург, Россия, 2004; Симпозиум "Нанофизика и Наноэлектроника", Нижний Новгород, Россия, 2005; Научная конференция " Ломоносовские чтения. Секция физики", МГУ, Москва, 2005; International Conference "Nanomeeting-2005", Minsk, Belarus, 2005; The European Materials Conference "E-MRS-2005 Spring Meeting", Strasbourg, France, 2005; 3-rd International Conference on Materials for Advanced Technologies (ICMAT 2005) and 9-th International Conference on Advanced Materials (ICAM 2005), Singapore, 2005; 13-th International symposium "Nanostructures: physics and technology", St. Petersburg, Russia, 2005; 21st International Conference on Amorphous and Nonacrystalline Semiconductors, Lisbon,

Portugal, 2005; VII Российская конференция по физике полупроводников

Полупроводники - 2005", Москва, Россия, 2005; X Симпозиум "Нанофизика и наноэлектроника", Нижний Новгород, Россия, 2006.

Основные результаты опубликованы в следующих статьях:

1. V.Yu. Timoshenko, M.G. Lisachenko, О.A. Shalygina, B.V. Kamenev, D.M. Zhigunov, S.A. Teterukov, P.K. Kashkarov, J. Heitmann, M. Zacharias, Comparative Study of Photoluminescence of Undoped and Erbium-Doped Size-Controlled Nanocrystalline Si/Si02 Multilayered Structures // J. Appl. Phys., 2004, v. 96, n. 4, pp. 2254-2260.

2. В.Ю. Тимошенко, O.A. Шалыгина, М.Г. Лисаченко, Д.М. Жигунов, С.А. Тетеруков, П.К. Кашкаров, D. Kovalev, М. Zacharias, К. Imakita, М. Fujii, Люминесценция ионов эрбия в слоях кремниевых нанокристаллов в матрице диоксида кремния при сильном оптическом возбуждении // ФТТ, 2005, т. 47, вып. 1, с. 116-119.

3. С.А. Тетеруков, М.Г. Лисаченко, О.А. Шалыгина, Д.М. Жигунов, В.Ю. Тимошенко, П.К. Кашкаров, Влияние неоднородностей диэлектрической проницаемости твердотельной матрицы на ширину спектра люминесценции ионов эрбия // ФТТ, 2005, т. 47, вып. 1, с. 102-104.

4. О.А. Шалыгина, Д.М. Жигунов, М.Г. Лисаченко, С.А. Тетеруков, Д.А. Сапун, В.Ю. Тимошенко, П.К. Кашкаров, Структуры кремниевых нанокристаллов с примесью эрбия и их возможные применения в светоизлучающих оптоэлектронных устройствах // Вестник МГУ, Серия 3, Физика. Астрономия, 2005, № 1, с. 27-34.

5. М.В. Степихова, Д.М. Жигунов, В.Г. Шенгуров, В.Ю. Тимошенко, Л.В. Красильникова, В.Ю. Чалков, С.П. Светлов, О.А. Шалыгина, П.К. Кашкаров, З.Ф. Красильник, Инверсная населенность уровней энергии ионов эрбия при передаче возбуждения от полупроводниковой матрицы в структурах на основе кремния/германия // Письма в ЖЭТФ, 2005, т. 81, вып. 10, с. 614-617.

6. P.K. Kashkarov, О.А. Shalygina, D.M. Zhigunov, D.A. Sapun, S.A. Teterukov, V.Y. Timoshenko, J. Heitmann, M. Schmidt, M. Zacharias, K. Imakita, M. Fujii, Sh. Hayashi, Light emission from erbium-doped nanocrystalline silicon/silicon dioxide layers under strong optical excitation // Proceedings SPIE, 2005, v. 5850, pp. 20-24.

7. S.A. Teterukov, M.G. Lisachenko, D.M. Zhigunov, O.A. Shalygina, P.K. Kashkarov, V.Yu. Timoshenko, Effect of dielectric function inhomogeneities on spectral width of Er ion luminescence in structures of Si nanocrystals // Phys. Status Solidi (b), 2005, v. 242, issue 15, pp. 3177-3181.

8. M. Stepikhova, L. Krasil'nikova, Z. Krasil'nik, V. Shengurov, V. Chalkov, S. Svetlov, D. Zhigunov, V. Timoshenko, O. Shalygina, P. Kashkarov, Si/SiGe:Er/Si Structures for Laser Realization: Theoretical Analysis and Luminescent Studies", Journal of Crystal Growth, 2006, v. 288, issue 1, pp. 65-69.

9. M.V. Stepikhova, L.V. Krasil'nikova, Z.F. Krasil'nik, V.G. Shengurov, V.Yu. Chalkov, D.M. Zhigunov, O.A. Shalygina, V.Yu. Timoshenko, Observation of the population inversion of erbium ion states in S i/Si iex:Ег/S i structures under optical excitation // Optical Materials, 2006, v. 28, pp. 893-896.

10. Д.М. Жигунов, O.A. Шалыгина, С. А. Тетеруков, В.Ю.Тимошенко, П.К. Кашкаров, М. Zacharias, Особенности фотолюминесценции ионов эрбия в структурах с кремниевыми нанокристаллами // ФТП, 2006, т. 40 (в печати).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

В работе изучены ФЛ свойства ионов Ег3*, содержащихся в слоях твёрдых растворов кремний-германия и в структурах с кремниевыми нанокристаллами. Были получены следующие основные результаты:

1. На основании исследования ФЛ твердых растворов Sii.xGex:Er обнаружены два основных вида оптически активных центров Ег3*, интенсивность и времена жизни ФЛ которых зависят от концентрации германия, температуры и интенсивности возбуждения. Полученные результаты объясняются в рамках модели, предполагающей возбуждение и девозбуждение ионов при взаимодействии с электронной подсистемой матрицы Sii.xGex.

2. На основании анализа кинетик нарастания и спада ФЛ ионов эрбия в слоях Sii.xGex:Er при интенсивной оптической накачке показана возможность достижения инверсной населенности уровней энергии ионов Ег3* посредством передачи энергии электронного возбуждения от матрицы Sii.xGex.

3. Обнаружено увеличение ширины спектра и укорочение времени жизни ФЛ ионов эрбия в структурах nc-Si/Si02:Er при увеличении размеров кремниевых нанокристаллов от 1.5 до 4.5 нм, что объясняется влиянием неоднородных электрических полей на границах nc-Si/Si02 на состояния ионов Ег3*.

4. Обнаружено, что с ростом интенсивности оптического возбуждения в структурах nc-Si/Si02:Er происходит укорочение времени жизни ФЛ ионов Ег3"1 ', что объясняется как безызлучательной оже-деактивацией ионов вследствие обратного переноса энергии к кремниевым нанокристаллам, так и возможным вкладом вынужденных оптических переходов.

Предложена феноменологическая модель, объясняющая наблюдаемый сверхлинейный рост интенсивности ФЛ экситонов в нанокристаллах Si при наличии акцепторов энергии - ионов Ег3*, а также подтверждающая правомерность использования решения приближенного кинетического уравнения для расчетов относительной концентрации возбужденных ионов Ег3* в структурах nc-Si/SiC>2:Er и Sii.xGex:Er.

Установлено, что в образцах nc-Si/Si02:Er при интенсивной оптической накачке может достигаться инверсная населенность уровней энергии ионов Ег3* посредством переноса энергии от экситонов, локализованных в кремниевых нанокристаллах.

Автор выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю профессору, д. ф.-м. н. Виктору Юрьевичу Тимошенко за предоставление интересной темы, неоценимую помощь и всестороннюю поддержку, оказанную при выполнении данной работы. Автор также глубоко признателен заведующему кафедрой общей физики и молекулярной электроники физического факультета МГУ профессору П.К. Кашкарову за постоянное внимание и поддержку, а также О.А. Шалыгиной, М.Г. Лисаченко, С.А. Тетерукову, Д.А. Сапуну, Д.А. Палёнову и всему коллективу кафедры за содействие в выполнении данного исследования. Автор благодарен З.Ф. Красильнику, М.В. Степиховой, Л.В. Красильниковой, М. Захариас и М. Фуджи за предоставленные образцы и плодотворные обсуждения полученных результатов.

1. L. Canham, Gaining light from silicon // Nature, 2000, v. 408, pp. 411- 412.

2. A. Polman, Erbium implanted thin film photonic materials // J. Appl. Phys., 1997, v. 82, pp. 1-39.

3. S. Coffa, G. Franzo, F. Priolo, Light Emission From Er-Doped Si: Materials Properties, Mechanisms, and Device Performance // MRS Bulletin, 1998, v. 23, p. 25.

4. Таблицы физических величин // справочник под редакцией И. К. Кикоина, М., Атомиздат (1979).

5. Е. Snoeks, G. N. van den Hoven, A. Polman, Optical doping of soda-lime-silicate glass with erbium by ion implantation // J. Appl. Phys., 1993, v. 73, pp. 8179-8183.

6. G. S. Pomrenke, P. B. Klein, D. W. Langer, Rare Earth Doped Semiconductors // Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 301, MRS Publ., Pittsburgh (1993).

7. В. В. Ушаков, А. А. Гиппиус, В. А. Дравин, А. В. Спицин, Люминесценция редкоземельной примеси эрбия в арсениде и фосфиде галлия // ФТП, 1982, т. 16, р. 1127.

8. P. G. Kik, М. L. Brongersma, A. Polman, Strong exciton-erbium coupling in Si nanocrystal-doped Si02 // Appl. Phys. Lett., 2000, v. 76, pp. 2325-2327.

9. A. Polman, J. M. Poate, Ion irradiation damage in Er-doped silica probed by the Ег3"1" luminescence lifetime at 1.535 pm // J. Appl. Phys., 1993, v. 73, pp. 1669-1674.

10. F. Priolo, G. Franzo, S. Coffa, A. Polman, S. Libertino, R. Barklie, D. Carey, The erbium-impurity-interaction and its effects on the 1.54 pm luminescence of Er3* in crystalline silicon //J. Appl. Phys., 1995, v. 78, pp. 3874-3872.

11. A. Polman, D. C. Jacobson, D. J. Eaglesham, R. C. Kistler, and J. M. Poate, Opticaldoping of waveguide materials by MeV Er implantation // J. Appl. Phys., 1991, v. 70, p. 3778.

12. C. Shi, M. Tan, T. A. Tombrello, Radiation damage in vitreous fused silica induced by MeV ion implantation // J. Non-Cryst. Solids, 1988, v. 104, p. 85.

13. E. Snoeks, P.G. Kik, A. Polman, Concentration quenching in erbium implanted alkali silicate glasses // Opt. Mat., 1996, v. 5, pp. 159-167.

14. A. Polman, G. N. Hoven, J. S. Custer, J. H. Shin, R. Serna, P. F. A. Alkemade, Erbium in crystal silicon: Optical activation, excitation, and concentration limits // J. Appl. Phys., 1995, v. 77, pp. 1256-1262.

15. J. Kalkman, E. de Bres, A. Polman, Y. Jun, D. J. Norris, D. C. 't Hart, J. P. Hoogenboom, A. van Blaaderen, Selective excitation of erbium in silicon-infiltrated silica colloidal photonic crystals // J. Appl. Phys., 2004, v. 95, pp. 2297-2302.

16. О. B. Gusev, M. S. Bresler, P. E. Рак, I. N. Yassievich, M. Forcales, N. Q. Vinh, T. Gregorkiewicz, Excitation cross section of erbium in semiconductor matrices under optical pumping // Phys. Rev. B, 2001, v. 64, p. 075302.

17. F. Priolo, G. Franzo, D. Pacifici, V. Vinciguerra, F. Iacona, A. Irrera, Role of the energy transfer in the optical properties of undoped and Er-doped interacting Si nanocrystals // J. Appl. Phys., 2001, v. 89, pp. 264-272.

18. E. Snoeks, G. N. van den Hoven, A. Polman, B. Hendriksen, M. B. J. Diemeer, F. Priolo, Cooperative upconversion in erbium-implanted soda-lime silicate glass optical waveguides // J. Opt. Soc. Am. B, 1995, v. 12, pp. 1468-1474.

19. B.M. Агранович, М.Д. Галанин, Перенос энергии электронного возбуждения в конденсированных средах // М., Наука (1978).

20. М. J. A. de Dood, J. Knoester, A. Tip, A. Polman, Forster transfer and the local optical density of states in erbium-doped silica // Phys. Rev. B, 2005, v. 71, p. 115102.

21. H.Ennen, J.Schneider, G.Pomrenke, A.Axmann, 1.54-pm luminescence of Erbium-implanted III- V semiconductors and silicon // Appl. Phys. Lett., 1983, v.43, p.943.

22. J. D. Carey, R. C. Barklie, J. F. Donegan, F. Priolo, G. Franzo, S. Coffa, Electron paramagnetic resonance and photoluminescence study of Er-impurity complexes in Si // Phys. Rev. B, 1999, v. 59, p. 2773.

23. W. Jantsch, S. Lanzerstorfer, L. Palmetshofer, M. Stepikhoval, H. Preier, Different Er centres in Si and their use for electroluminescent devices // Journal of Luminescence, 1999, v. 80, p. 9.

24. F. Priolo, G. Franzo, S. Coffa, A. Camera, Excitation and nonradiative deexcitation processes of Er3* in crystalline Si // Phys. Rev. B, 1998, v. 57, pp. 4443-4455.

25. S. Coffa, G. Franzo, F. Priolo, A. Polman, R. Serna, Temperature dependence and quenching processes of the intra-4f luminescence of Er in crystalline Si // Phys. Rev. B,1994, v. 49, p. 16313.

26. E. Neufeld, A. Sticht, K. Brunner, H. Riedl, G. Abstreiter, H. Holzbrecher, H. Bay, Photo- and electroluminescence characterization of erbium doped SiGe // J. Vac. Sci. Technol. B, 1998, v. 16, pp. 2615-2618.

27. T. Ishiyama, S. Yoneyama, Y. Yamashita, Y. Kamiura, T. Date, T. Hasegawa, K. Inoue, K. Okuno, Enhancement of photoluminescence at 1.54 mm from Er in strained Si and SiGe // Physica B, 2006, v. 376-377, pp. 122-125.

28. K.D. Vernon-Parry, I.D. Hawkins, J.H. Evans-Freeman, P. Dawson, A.R. Peaker, A comparison of the photoluminescence decay of erbium in silicon and silicon-germanium // Mat. Sci. & Eng. B, 2001, v. 81, pp. 164-166.

29. V. Touboltsev, P. Jalkanen, Erbium-implanted silicon-germanium // J. Appl. Phys., 2005, v. 97, p. 013526.

30. T. Stoica, L. Vescan, Optoelectronic properties of thick SiGe layers grown as small mesas by low pressure chemical vapor deposition // J. Appl. Phys., 2003, v. 93, pp. 44614467.

31. Y. Shiraki, A. Sakai, Fabrication technology of SiGe hetero-structures and their properties // Surf. Sci. Reports, 2005, v. 59, pp. 153-207.

32. Н. Przybylinska, W. Yantsch, Yu. Suprin-Belevitch, M. Stepikhova, L. Palmetshofer, G. Hendorfer, A. Kozanecki, R. J. Wilson, B. J. Sealy, Optically active erbium centers in silicon // Phys. Rev. B, 1996, v. 54, pp. 2532-2547.

33. F. Namavar, R. A. Soref, Optical waveguiding in Si/SixGeix/Si heterostructures // J. Appl. Phys., 1991, v. 70, pp. 3370-3372.

34. E. Neufeld, A. Sticht, A. Luigart, К. Brunner, G. Abstreiter, Room-temperature 1.54 jim electroluminescence from erbium-doped Si/SiGe waveguides // Appl. Phys. Lett., 1998, v. 73, pp. 3061-3063.

35. G. N. van den Hoven, Jung H. Shin, A. Polman, S. Lombardo, S. U. Campisano, Erbium in oxygen-doped silicon: Optical excitation//J. Appl. Phys., 1995, v. 78, p. 2642-2650.

36. W. Fuhs, I. Ulber, G. Weiser, M. S. Bresler, О. B. Gusev, A. N. Kuznetsov, V. Kh. Kudoyarova, E. I. Terukov, I. N.Yassievich, Excitation and temperature quenching of Er-induced luminescence in a-Si:H(Er) // Phys. Rev. B, 1997, v. 56, p. 9545-9551.

37. O.Gusev, M.S.Bresler, A.N.Kuznetsov, V.Kh.Kudoyarova, P.Pak, E.I.Terukov, K.Tsendin, I.N.Yassievich, W.Fuhs, G.Weiser, Room-temperature electroluminescence of Er-doped hydrogenated amorphous silicon // J. Non-Crystall. Sol., 1998, v. 227-230, p.l 164.

38. J. H. Shin, R. Serna, G. N. Hoven, A. Polman, W. G. Sark, A. M. Vredenberg, Luminescence quenching in erbium-doped hydrogenated amorphous silicon // Appl. Phys. Lett., 1996, v. 68, pp. 46-48.

39. B.V. Kamenev, V.Yu. Timoshenko, E.A. Konstantinova, V.Kh. Kudoyarova, E.I. Terukov, P.K. Kashkarov, Time-resolved photoluminescence of erbium centers in amorphous hydrogenated silicon // J. Non-Crystall. Sol., 2002,299, pp. 668 -672.

40. E. И. Теруков, В. X. Кудоярова, О. И. Коньков, Е. А. Константинова, Б. В. Каменев, В. Ю. Тимошенко, Влияние локального окружения на кинетику спада фотолюминесценции Ег в аморфном гидрогенизированном кремнии // ФТП, 2000, т. 34, с. 90.

41. Н. Kuhne, G. Weiser, Е. I. Terukov, А. N. Kusnetsov, V. Kh. Kudoyarova, Resonant nonradiative energy transfer to erbium ions in amorphous hydrogenated silicon // J. Appl. Phys., 1999, v. 86, pp. 896-901.

42. D. Kovalev, H. Heckler, G. Polisski, F. Koch, Optical Properties of Si Nanocrystals // Phys. Stat. Sol. (b), 1999, v. 215, p. 871.

43. L. A. Nesbit, Annealing characteristics of Si-rich Si02 films // Appl. Phys. Lett., 1985, v.46, pp. 38-40.

44. S. Takeoka, M. Fujii, S. Hayashi, Size-dependent photoluminescence from surface-oxidized Si nanocrystals in a weak confinement regime // Phys. Rev. B, 2000, v. 62, p. 16820.

45. R.K. Soni, L.F. Fonseca, O. Resto, M. Buzaianu, S.Z. Weisz, Size-dependent optical properties of silicon nanocrystals // J. Lumin., 1999, v. 83-84, pp. 187-191.

46. J. Linnros, N. Lalic, A. Galeckas, V. Grivickas, Analysis of the stretched exponential photoluminescence decay from nanometer-sized silicon crystals in SiC>2 // J. Appl. Phys., 1999, v. 86, p. 6128.

47. J. Torre, A. Soui, A. Poncet, C. Busseret, M. Lemiti, G. Bremond,G. Guillot, O. Gonzalez, B. Garrido, J.R. Morante, C. Bonafos, Optical properties of silicon nanocrystal LEDs // Physica E, 2003, v. 16, pp. 326-330.

48. H. Takagi, H. Ogawa, Y. Yamazaki, A. Ishizaki, T. Nakagiri, Quantum size effects on photoluminescence in ultrafine Si particles // Appl. Phys. Lett., 1990, v. 56, pp. 2379-2380.

49. D. J. Lockwood, Z. H. Lu, J.-M. Baribeau, Quantum confined luminescence in Si/Si02 superlattices // Phys. Rev. Lett., 1996, v. 76, pp. 539-541.

50. V. Vinciguerra, G. Franzo, F. Priolo, F. Iacona, C. Spinella, Quantum confinement and recombination dynamics in silicon nanocrystals embedded in Si/Si02 superlattices // J. Appl. Phys., 2000, v. 87, pp. 8165-8173.

51. M. Zacharias, J. Heitmann, R. Scholz, U. Kahler, M. Schmidt, J. Biasing, Size-controlled highly luminescent silicon nanocrystals: A Si0/Si02 superlattice approach // Appl. Phys. Lett., 2002, v. 80, p. 661.

52. M. Zacharias, L.X. Yi, J. Heitmann, R. Scholz, M. Reiche, U. Gosele, Size-Controlled Si Nanocrystals for Photonic and Electronic Applications // Sol. State Phenom., 2003, v. 94, p. 95.

53. J. Heitmann, M. Schmidt, M. Zacharias, V.Yu. Timoshenko, M.G. Lisachenko, P. K. Kashkarov, Fabrication and photoluminescence properties of erbium doped size-controlled silicon nanocrystals // Mat. Sci.& Engin. B, 2003, v. 105, p. 214.

54. H. Б. Брандт, В. А. Кульбачинский, Квазичастицы в физике конденсированного состояния // М. Физматлит, (2005).

55. К. Watanabe, М. Fujii, S. Hayashi, Resonant excitation of Er3 + by the energy transferfrom Si nanocrystals // J. Appl. Phys., 2001, v. 90, p. 4761.

56. A. Zunger, L.-W. Wang, Theory of silicon nanostructures // Appl. Surf. Sci., 1996, v. 102, p. 350.

57. P. Maly, F. Trojanek, J. Kudma, A. Hospodkova, S. Banas, V. Kohlova, J. Valenta, I. Pelant, Picosecond and millisecond dynamics of photoexcited carriers in porous silicon // Phys. Rev. B, 1996, v. 54, p. 7929.

58. V. Vinciguerra, G. Franzo, F. Priolo, F. Iacona, C. Spinella, Quantum confinement and recombination dynamics in silicon nanocrystals embedded in Si/Si02 superlattices // J. Appl. Phys., 2000, v. 87, pp. 8165-8173.

59. X. Chen, B. Henderson, K. O'Donnell, Luminescence decay in disordered low-dimensional semiconductors // Appl. Phys. Lett., 1992, v. 60, p. 2672.

60. M. Pophristic, F. H. Long, C. Tran, I. T. Ferguson, R. F. Karlicek, Time-resolved photoluminescence measurements of quantum dots in InGaN multiple quantum wells and light-emitting diodes // J. Appl. Phys., 1999, v. 86, p. 1114.

61. Y. Kanemitsu, Photoluminescence spectrum and dynamics in oxidized silicon nanocrystals: A nanoscopic disorder system // Phys. Rev. B, 1996, v. 53, p. 13515.

62. L. Pavesi, M. Ceschini, Stretched-exponential decay of the luminescence in porous silicon // Phys. Rev. B, 1993, v. 48, p. 17625.

63. R. Chen, Apparent stretched-exponential luminescence decay in crystalline solids // Journal of Luminescence, 2003, v. 102-103, p. 510.

64. T. Kimura, A. Yokoi, H. Horiguchi, R. Saito, T. Ikoma, A. Sato, Electrochemical Er doping of porous silicon and its room-temperature luminescence at ~1.54 pm // Appl. Phys. Lett., 1994, v. 65, pp. 983-985.

65. M. Stepikhova, L. Palmetshofer, W. Jantsch, H. J. von Bardeleben, N. V. Gaponenko, 1.5 pm infrared photoluminescence phenomena in Er-doped porous silicon // Appl. Phys. Lett., 1999, v. 74, pp. 537-539.

66. L. Tsybeskov, S. P. Duttagupta, K. D. Hirschman, P. M. Fauchet, K. L. Moore, D. G. Hall, Room-temperature photoluminescence and electroluminescence from Er-doped silicon-rich silicon oxide // Appl. Phys. Lett., 1997, v. 70, pp. 1790-1792.

67. M. Fujii, M. Yoshida, Y. Kanzava, S. Hayashi, K. Yamamoto, 1.54 ц m photoluminescence of Er3* doped into SiC>2 films containing Si nanocrystals: Evidence forenergy transfer from Si nanocrystals to Er34" // Appl. Phys. Lett., 1997, v. 71, p. 1198.

68. M. Wojdak, M. Klik, M. Forcales, О. B. Gusev, T. Gregorkiewicz, D. Pacifici, G. Franzo, F. Priolo, F. Iacona, Sensitization of Er luminescence by Si nanoclusters // Phys. Rev. B, 2004, v. 69, p. 233315.

69. P.G. Kik, A. Polman, Exciton-erbium energy transfer in Si nanocrystal-doped SiC>2 // Mat. Sci.& Engin. B, 2001, v. 81, pp. 3-8.

70. P.G. Kik, A. Polman, Exciton-erbium interactions in Si nanocrystal-doped SiC>2 // J. Appl. Phys., 2000, v. 88, pp. 1992-1998.

71. M. Schmidt, M. Zacharias, S. Richter, P. Fischer, P. Veit, J. Biasing, B. Breeger, Er doping of nanocrystalline-Si/Si02 superlattices // Thin Sol. Film., 2001, v. 397, p. 211.

72. M. Schmidt, J. Heitmann, R. Scholz, M. Zacharias, Bright luminescence from erbium doped nc-Si/Si02 superlattices // J. Non-Cryst. Sol., 2002, v. 299-302, pp. 678-682.

73. M. Fujii, M. Yoshida, S. Hayashi, K. Yamamoto, Photoluminescence from SiC>2 films containing Si nanocrystal and Er: effects of nanocrystalline size on the photoluminescence efficiency of Er3"1" // J. Appl. Phys., 1998, v. 84, p. 4525.

74. П. К. Кашкаров, Б. В. Каменев, М. Г. Лисаченко, О. А. Шалыгина, В. Ю. Тимошенко, М. Schmidt, J. Heitmann, М. Zacharias, "Эффективная люминесценция ионов эрбия в системах кремниевых нанокристаллов // ФТТ, 2004, т. 146(1), с. 105.

75. K. Imakita, M. Fujii, Y. Yamaguchi, S. Hayashi, Interaction between Er ions and shallow impurities in Si nanocrystals within Si02 // Phys. Rev. B, 2005, v. 71, p. 115440.

76. I. N. Yassievich, A. S. Moskalenko, Excitation mechanism of erbium photoluminescence in bulk silicon and silicon nanostructures // Mat. Sci. & Engin. B, 2003, v. 105, p. 192-196.

77. M. Fujii, K. Imakita, K. Watanabe, Sh. Hayashi, Coexistence of two different energy transfer processes in Si02 films containing Si nanocrystals and Er // J. Appl. Phys., 2004, v. 95, pp. 272-280.

78. I.N. Yassievich, A.S. Moskalenko, A.A. Prokofiev, Microscopic theory for excitation of erbium ions via silicon nanocrystals in silicon dioxide // Opt. Mat., 2006, v. 28, p. 810-814.

79. G. Franzo, V. Vinciguerra, F. Priolo, The excitation mechanism of rare-earth ions in silicon nanocrystals // Appl. Phys. A, 1999, v. 69, p. 3-12.

80. D.J. Eaglesham, J. Michel, E.A. Fitzgerald, D.C. Jacobson, J.M. Poate, J.L. Benton. A. Polman, Y. H. Xie, L. C. Kimerling, Microstructure of erbium-implanted Si // Appl. Phys. Lett., 1991, v. 58, p. 2797.

81. A. J. Kenyon, С. E. Chryssou, C. W. Pitt, T. Shimizu-Iwayama, D. E. Hole, N. Sharma, C. J. Humphreys, Luminescence from erbium-doped silicon nanocrystals in silica: Excitation mechanisms // J. Appl. Phys., 2002, v. 91, p. 367.

82. D. Pacifici, G. Franzo, F. Iacona, S. Boninelli, A. Irrera, M. Miritello, F. Priolo, Er doped Si nanostructures // Mat. Sci. & Engin. B, 2003, v. 105, p. 197.

83. M. E. Castagna, S. Coffa, M. Monaco, L. Caristia, A. Messina, R. Mangano, C. Bongiorno, Si-based materials and devices for light emission in silicon // Physica E, 2003, v. 16, pp. 547-553.

84. D. Т. X. Thao, C. A. J. Ammerlaan, T. Gregorkiewicz, Photoluminescence of erbium-doped silicon: Excitation power and temperature dependence // J. Appl. Phys., 2000, v. 88, p. 1443.

85. А. Ю. Андреев, Б. А. Андреев, M. H. Дроздов, В. П. Кузнецов, 3. Ф. Красильник, Ю. А. Карпов, Р. А. Рубцова, М. В. Степихова, Е. А. Ускова, В. Б. Шмагин, Н. Ellmer,

86. Palmetshofer, К. Piplits, H. Hutter, Оптически активные слои кремния, легированного эрбием в процессе сублимационной молекулярно-лучевой эпитаксии // ФТП, 1999, т. 33, с. 156.

87. Y. S. Tang, К. С. Heasman, W. P. Gillin, and В. J. Sealy, Characteristics of rare-earth element erbium implanted in silicon // Appl. Phys. Lett., 1989, v. 55, p. 432.

88. M. Needels, M. Schluter, and M. Lannoo, Erbium point defects in silicon // Phys. Rev. B, 1993, v. 47, p. 15533.

89. U. Wahl, A. Vantomme, J. Wachter, R. Moons, G. Langouche, J. Marques, J. Correia, Direct evidence for tetrahedral interstitial Er in Si // Phys. Rev. Lett., 1997, v. 79, p. 2069.

90. D. Prezzi, T. A. G. Eberlein, R. Jones, J. S. Filhol, J. Coutinho, M. J. Shaw, P. R. Briddon, Electrical activity of Er and Er-0 centers in silicon // Phys. Rev. B, 2005, v. 71, p. 245203.

91. F. d'Acapito, S. Mobilio, S. Scalese, A. Terasi, G. Franzo, F. Priolo, Structure of Er-0 complexes in crystalline Si // Phys. Rev. B, 2004, v. 69, p. 153310.

92. M. Huang, X. Ren, Evidence of oxygen-stabilized hexagonal interstitial erbium in silicon // Phys. Rev. B, 2003, v. 68, p. 33203.

93. D. L. Adler, D. C. Jacobson, D. J. Eaglesham, M. A. Marcus, J. L. Benton, J. M. Poate, P. H. Citrin, Local structure of 1.54-pm-luminescence Er3* implanted in Si // Appl. Phys. Lett., 1992, v. 61, p. 2181.

94. I. Mayer, I. Felner, Structure types of ternary rare earth—Transition metal silicides of the LnM^Si2-x type // J. Solid State Chem., 1973, v. 7, p. 292.

95. M. Marcus, A. Polman, Local structure around Er in silica and sodium silicate glass // J. Non-Cryst. Solids, 1991, v. 136, p. 260.

96. V. F. Masterov, F. S. Nasredinov, P. P. Seregin, V. Kh. Kudoyarova, A. N. Kuznetsov, E. I. Terukov, Local environment of erbium atoms in amorphous hydrogenated silicon // Appl. Phys. Lett., 1998, v. 72, p. 728.

97. L. Pavesi, L. Dal Negro, C. Mazzoleni, G. Franzo, F. Priolo, Optical gain in silicon nanocrystals // Nature, 2000, v. 408, pp. 440- 444.

98. J. Valenta, I. Pelant, J. Linnros, Waveguiding effects in the measurement of optical gain in a layer of Si nanocrystals // Appl. Phys. Lett., 1997, v. 81, pp. 1396-1398.

99. M. Cazzanelli, D. Navarro-Urrios, F. Riboli, N. Daldosso, L. Pavesi, J. Heitmann, L. X.

100. Yi, R. Scholz, M. Zacharias, U. G6sele, Optical gain in monodispersed silicon nanocrystals // J. Appl. Phys., 2004, v. 96, pp. 3164- 3171.

101. H. Rong, A. Liu, R. Jones, O. Cohen, D. Hak, R. Nicolaescu, A. Fang, M. Paniccia, An all-silicon Raman laser // Nature, 2005, v. 433, pp. 292-294.

102. S. Coffa, S. Libertino, G. Coppola, A. Cutolo, Feasibility analysis of laser action in erbium-doped silicon waveguides // IEEE J. Quant. Electr., 2000, v. 36, pp. 1206-1213.

103. D. Pacifici, G. Franzo, F. Priolo, F. Iacona, L. Dal Negro, Modeling and perspectives of the Si nanocrystals-Er interaction for optical amplification // Phys. Rev. B, 2003, v. 67, p. 245301.

104. H.-S. Han, S.-Y. Seo, J. H. Shin, N. Park, Coefficient determination related to optical gain in erbium-doped silicon-rich silicon oxide waveguide amplifier // Appl. Phys. Lett., 2002, v. 81, pp. 3720-3722.

105. H.-S. Han, S.-Y. Seo, J. H. Shin, Optical gain at 1.54 pm in erbium-doped silicon nanocluster sensitized waveguide // J. Appl. Phys. Lett., 2001, v. 79, pp. 4568-4570.

106. P.G. Kik, A. Polman, Gain limiting processes in Er-doped Si nanocrystal waveguides in Si02 // J. Appl. Phys., 2002, v. 91, p. 534.

107. М. Zacharias, J. Biasing, P. Veit, L. Tsybeskov, K. Hirschman, P. M. Fauchet, Thermal crystallization of amorphous Si/Si02 superlattices // Appl. Phys. Lett., 1999, v. 74, p. 2614.

108. M. Zacharias, P. Streitenberger, Crystallization of amorphous superlattices in the limit of ultrathin films with oxide interfaces // Phys. Rev. B, 2000, v. 62, p. 8391.

109. L. Dal Negro, M. Cazzanelli, B. Danese, and L. Pavesi, F. Iacona, G. Franzo, F. Priolo, Light amplification in silicon nanocrystals by pump and probe transmission measurements // J. Appl. Phys., 2004, v. 96, p. 5747.

110. S. Coffa, G. Franzo, F. Priolo, A. Polman, R. Serna, Temperature dependence and quenching processes of the intra-4f luminescence of Er in crystalline Si // Phys. Rev. B, 1994, v. 49, p. 16313.

111. E. Neufeld, A. Sticht, K. Brunner, G. Abstreiter, H. Holzbrecher, H. Bay, Ch. Buchal, Influence of germanium content on the photoluminescence of erbiumand oxygen-doped SiGe grown by molecular beam epitaxy // Appl. Phys. Lett., 1997, v. 71, p. 3129.

112. R.Serna, Jung H.Shin, M.Lohmeier, E.Vlieg, A.Polman, P.F.A.Alkemade, Incorporation and optical activation of erbium in silicon using molecular beam epitaxy // J. Appl. Phys., 1996, v. 79, p. 2658.

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

114. J. Valenta, R. Juhasz, J. Linnros, Photoluminescence spectroscopy of single silicon quantum dots // Appl. Phys. Lett., 2002, v. 80, p. 1070.

115. Landolt-Bornstein, Numerical Data in Science and Technology // Group 3, 1982, v. 17, Subvolume A, p. 43.

116. A. G. Cullis, L. T. Canham, P. D. J. Calcott, The structural and luminescence properties of porous silicon // J. Appl. Phys., 1997, v. 82, p. 909.

117. G. Fishman, R. Romestain, J.C. Vial, Experimental and theoretical aspects of radiative processes in porous silicon //J. Lumin., 1993, v. 57, pp. 235-238.

118. В. Смайт, Электростатика и электродинамика // М. Ин. Лит (1954).

119. М. Борн, Э. Вольф, Основы Оптики // М. Наука (1970).

120. П. В.Елютин, В.Д. Кривченков, Квантовая механика // М. Наука (1976).

121. С. Delerue, М. Lannoo, and G. Allan, Concept of dielectric constant for nanosized systems // Phys. Rev. В., 2003, v. 68, p. 115411.

122. G. Qin, G. G. Qin, S. H. Wang, Theory for photoluminescence from Si02 films containing Si nanocrystals and Er ions // J. Appl. Phys., 1999, v. 85, pp. 6738-6745.

123. D. Kovalev, E. Gross, N. Kunzner, F. Koch, V.Yu. Timoshenko, M. Fujii, Resonant electronic energy transfer from excitons confined in silicon nanocrystals to oxygen molecules // Phys. Rev. Lett., 2002, v. 89, pp. 137401.

124. В.Ю.Тимошенко, О. А. Шалыгина, M. Г. Лисаченко, Д. М. Жигунов, С. А. Тетеруков, П. К. Кашкаров, D. Kovalev, М. Zacharias, К. Imakita, М. Fujii,

125. Люминесценция ионов эрбия в слоях кремниевых нанокристаллов в матрице диоксида кремния при сильном оптическом возбуждении // ФТТ, 2005, т. 47, вып. 1, стр. 116119.

126. В.И. Гавриленко, A.M. Грехов, Д.В. Корбутяк, В.Г. Литовченко, Оптические свойства полупроводников // Киев. Наукова Думка (1987).