Исследования особенностей роста и фотолюминесценции Ge(Si) самоформирующихся островков, выращенных на Si(001) подложках и напряжённых Si1-xGex слоях тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.07 ВАК РФ

На правах рукописи

Лобанов Дмитрий Николаевич

ИССЛЕДОВАНИЯ ОСОБЕННОСТЕЙ РОСТА И ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ Се^) САМОФОРМИРУЮЩИХСЯ ОСТРОВКОВ, ВЫРАЩЕННЫХ НА 81(001) ПОДЛОЖКАХ И НАПРЯЖЁННЫХ 811_хСех СЛОЯХ

01.04.07- физика конденсированного состояния

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Нижний Новгород - 2006

Работа выполнена в Институте физики микроструктур РАН

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук

А.В.Новиков

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Г.Э.Цырлин

доктор физико-математических наук, профессор И.А.Карпович

Ведущая организация: Физический институт им. П.Н.Лебедева,

г.Москва

Защита состоится 13 апреля 2006 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 002.098.01 в Институте физики микроструктур РАН (603950, г. Нижний Новгород, ГСП-105).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физики микроструктур РАН.

Автореферат разослан ^ марта 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физико-математических наук, профессор

К.П.Гайкович

IbOGb

5"? (о ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследований

В настоящее время активно развивается физика низкоразмерных полупроводниковых гетероструктур. Интерес к подобным исследованиям связан как с изучением фундаментальных физических явлений, проявляющихся в низкоразмерных системах, так и с возможностью применения таких структур в полупроводниковых приборах. Несмотря на то, что наибольшие успехи в области практического использования гетероструктур к настоящему времени достигнуты для полупроводников группы А3В5 [1], значительный интерес, как с фундаментальной, так и с прикладной точки зрения представляют исследования низкоразмерных гетероструктур на основе кремния.

Германий является наиболее интересной гетеропарой для кремния, позволяя получать эпитаксиальные гетероструктуры на кремневых подложках в широком диапазоне состава и толщин слоев твердого раствора SiGe. В настоящее время ведутся активные исследования особенностей роста и свойств SiGe/Si(001) гетероструктур с квантовыми ямами и квантовыми точками (см. например [2]). Данная диссертация посвящена изучению особенностей формирования и фотолюминесценции одного из типов низкоразмерных систем на Si подложках - Ge(Si) самоформирующимся островкам. Актуальность исследования Ge/Si структур связана с выявлением на примере данной гетеропары общих для напряженных полупроводниковых гетероструктур механизмов зарождения и роста самоформирующихся нанообъектов.

Электрические и оптические свойства полупроводниковых гетероструктур с самоформирующимися Ge(Si) наноостровками зависят от энергетического спектра носителей заряда в островках. Последний существенно зависит от таких параметров островков как их размеры, состав, форма и упругие напряжения. В связи с этим, важно уметь получать структуры с самоформирующимися островками, имеющими определённые параметры. К моменту начала работ над диссертацией процессы зарождения и роста Ge(Si) самоформирующихся островков на Si(001) подложках были достаточно подробно исследованы. Для структур без верхнего покровного слоя была получена экспериментальная зависимость состава Ge(Si)/Si(001) самоформирующихся островков от температуры роста [3, 4]. В то же время имелись лишь единичные исследования параметров Ge(Si) островков с покровным слоем в одно и многослойных структурах.

Наряду с исследованием особенностей роста Ge(Si) самоформирующихся островков важным является установление олнт^дннпй гвячн между

РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ з БИБЛИОТЕКА {

С.Псгербууй^ 9 А , о» w^tt^jV ■

параметрами (размерами, составом, формой и упругими напряжениями) островков и энергией оптических переходов в них. К моменту начала работы над диссертацией такая однозначная количественная связь не была установлена Хотя в литературе имелись отдельные сообщения о наблюдении сигнала электро- и фотолюминесценции (ФЛ) в структурах с Ge(Si) островками вплоть до комнатной температуры [5], не были определены условия получения Ge/Si структур для повышения интенсивности сигнала люминесценции от островков при комнатной температуре. Существовали противоречивые объяснения различий в спектрах ФЛ одно- и многослойных структур с Ge(Si) островками. В литературе отсутствовали однозначные результаты по исследованию особенностей фотолюминесценции Ge(Si) островков, имеющих различную форму.

Одной из трудностей интерпретации результатов исследований ФЛ структур с Ge(Si)/Si(001) самоформирующимися островками является ФЛ от дефектов кристаллической решетки в Si, которая наблюдается в той же области длин волн (> 1,3 цм), в которой наблюдается сигнал ФЛ от островков. В этой связи важным становится установление критериев, позволяющих однозначно отделить сигнал ФЛ от Ge(Si) самоформирующихся островков от сигнала ФЛ, связанного с оптической рекомбинацией на дефектах кристаллической решетки.

Основные цели работы состояли в следующем:

1. Установление количественной связи между параметрами (размером, составом, упругими напряжениями и формой) Ge(Si)/Si(001) самоформирующихся островков в одно- и многослойных структурах и их спектрами фотолюминесценции. Определение условий получения структур с GeSi/Si(001) самоформирующимися островками, имеющих высокую интенсивность сигнала фотолюминесценции от островков в области длин волн 1,3-1,55 мкм при комнатной температуре.

2. Проведение сравнительного анализа спектров фотолюминесценции GeSi/Si(001) гетероструктур с самоформирующимися наноостровками и структур с дефектами кристаллической решетки с целью установления критериев, позволяющих определить происхождение сигнала ФЛ от GeSi гетероструктр в области длин волн 1,3-2 мкм.

3. Модификация роста GeSi/Si(001) самоформирующихся островков за счет предосаждения напряжённых Sii_xGex слоёв.

Научная новизна

1. Смещение пика ФЛ от Ge(Si) самоформирующихся островков в область меньших энергий при понижении температуры роста связывается с подавлением диффузии атомов Si в островки и увеличением доли Ge в

них. Впервые наблюдался сигнал фотолюминесценции от Ge(Si) островков в области энергий значительно меньших ширины запрещенной зоны объемного Ge.

2. Показано, что энергия непрямого в реальном пространстве оптического перехода между дырками, локализованными в островках, и электронами, находящимися в Si на гетерогранице с островком, рассчитанная с учетом экспериментально полученных данных о составе и упругих напряжениях островков в многослойных структурах хорошо совпадает с экспериментальным положением пика ФЛ от островков.

3. Продемонстрирован различный характер зависимости от мощности оптической накачки сигнала ФЛ от Ge(Si) самоформирующихся островков и от дефектов кристаллической решетки. Продемонстрировано, что сигналы ФЛ от Ge(Si) самоформирующихся островков и от дефектов кристаллической решетки имеют различный характер температурной зависимости.

4. Показано, что рост Ge(Si)/Si(001) самоформирующихся островков может быть существенно модифицирован в результате предосаждения упруго напряжённого Sii.xGex слоя. Обнаружено, что критическая толщина двумерного роста Ge существенно уменьшается при росте доли Ge в предосажденном напряженном Sii xGex слое.

Научная и практическая значимость работы

Установлена количественная связь между экспериментально определенными параметрами (размерами, составом и упругими напряжениями) Ge(Si)/Si(001) самоформирующихся островков и положением сигнала ФЛ, связанного с оптической рекомбинацией носителей заряда в островках.

Предложен способ изменения параметров Ge(Si)/Si(001) самоформирующихся островков с помощью предосаждения напряжённых SitxGex слоев.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Низкотемпературный сигнал ФЛ от Ge(Si)/Si(001) самоформирующихся островков в области 1,3-2 мкм связан с непрямым в реальном пространстве оптическим переходом между дырками, локализованными в островках, и электронами, находящимися в Si на гетерогранице Н-типа с Ge(Si) островком.

2. Смещение сигнала ФЛ от островков в область меньших энергий при понижении температуры роста с 750 °С до 600 °С вызвано подавлением диффузии Si в островки и увеличением доли Ge в них при понижении температуры роста.

3. Сдвиг в область больших энергий пика ФЛ от островков в многослойных структурах по сравнению с однослойными объясняется уменьшением среднего содержания Ge в островках.

4. Предосаждение упруго напряжённого Sii_xGex слоя позволяет получать массивы самоформирующихся Ge(Si) островков пирамидальной и куполообразной формы с высокой поверхностной плотностью.

Личный вклад автора в получение результатов

• Основной вклад в рост Ge(Si)/Si(001) одно- и многослойных структур с самоформирующимися островками при различных температурах [А1-А31].

• Основной вклад в интерпретацию спектров ФЛ Ge(Si)/Si(001) одно- и многослойных структур с самоформирующимися островками, выращенными при различных температурах [А2-А7, А9-А10, А14, А16-А26, А29] (совместно с Н.В.Востоковым, Ю.Н.Дроздовым, М.В.Шалеевым, А.Н.Яблонским).

• Определяющий вклад в сравнительном анализе спектров ФЛ Ge(Si)/Si(001) структур с самоформирующимися островками и структур с дефектами кристаллической решетки [А7, А20] (совместно с А.Н.Яблонским).

• Основной вклад в рост и проведение исследований структур с Ge(Si)/Si(001) самоформирующимися островками, выращенными на напряжённых Sii.xGex слоях [А12, А13, А15, А31] (совместно с Ю.Н.Дроздовым, М.В.Шалеевым, А.Н.Яблонским).

Апробация работы

Основные положения и результаты диссертации докладывались на V и VI Российских конференциях по физике полупроводников (Нижний Новгород, 10 - 14 сентября, 2001; Санкт-Петебург, 27-31 октября, 2003), Всероссийских совещаниях «Нанофотоника» (Нижний Новгород, 26 - 29 марта, 2001; 11-14 марта, 2002; 17 - 20 марта, 2003; 2 - 6 мая, 2004), Международных конференциях по сканирующей зондовой микроскопии (Нижний Новгород, 26 февраля - 1 марта, 2001; 1 - 5 марта, 2003), Совещаниях по росту кристаллов, плёнок и дефектам структуры кремния «Кремний-2002» и «Кремний-2004» (Новосибирск, 9-12 июля, 2002; Иркутск, 5-9 июля, 2004), Симпозиуме «Нанофизика и наноэлектроника» (Нижний Новгород, 25 - 29 марта, 2005), 11-ом Европейском совещании по молекулярно-лучевой эпитаксии (Германия, 4-7 февраля, 2001), 10-ом Международном симпозиуме «Наноструктуры: физика и технология» (Санкт-Петебург, 17-21 июня, 2002), Международных конференциях по материаловедению (Страсбург, Франция, 5-8 июня, 2001; 24 - 28 мая, 2004), 4-ом и 5-ом Международном совещании по моделированию, росту,

свойствам и приборам на поверхностях с оригинальным индексом (Аспет, Франция, 16-20 сентября, 2001; Штутгарт, Германия, 13-15 октября, 2003), Международной конференции по сверхрешёткам, наноструктурам и наноприборам (Тулуза, Франция, 22 - 26 июля, 2002), Международном совещании по квантовым точкам (Крит, Греция, 20 - 24 июня, 2003), а также на семинарах ИФМ РАН и НИОЦ СЗМ при ННГУ им.Н.И.Лобачевского.

Публикации

По теме диссертации опубликована 31 работа, включая 15 статей в реферируемых журналах и 16 публикаций в материалах конференций.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения. Объем диссертации составляет 160 страниц, включая 71 рисунок и 7 таблиц. Список цитированной литературы включает 151 наименование, список работ автора по теме диссертации - 31 наименование.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во Введении обоснована актуальность темы исследований, показана ее научная новизна и практическая значимость, сформулированы цели работы, представлены сведения о структуре и содержании работы, а также приведены положения, выносимые на защиту.

В Главе 1 проведен обзор работ, посвященных исследованию роста и свойств самоформирующихся объектов на поверхности полупроводниковых гетероструктур. Приведено краткое описание физических причин, приводящих к формированию трёхмерных нанообъектов на поверхности напряженных полупроводниковых гетероструктур. Особое внимание уделено исследованиям изменений морфологии поверхности при осаждении ве на 81 (001). Проанализировано состояние работ, посвященных изучению образования, роста, а также оптических и электрических свойств 0е(81)/81(001) самоформирующихся наноостровков.

Глава 2 посвящена исследованию фотолюминесценции одно и многослойных 8Юе/81(001) структур с самоформирующимися островками. В первом параграфе описана высоковакуумная установка "ВАЬ2ЕЯ8", модернизированная для роста гетероструктур Ое81 методом молекулярно-пучковой эпитаксии. Во втором параграфе приведено описание метода подготовки подложек к росту структур и представлено описание методик исследования структур с помощью атомно-силовой микроскопии (АСМ), рентгенодифракционного анализа (РД), просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) и спектроскопии фотолюминесценции (ФЛ).

й о. о £

е

н

X

К

(а) InSb приёмник, Т = 4,2 К

700"С

Т = 650 С

= 600 С

0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 Энергия фотона (эВ)

te

и

О.

с -—-

§

л н и о я

ш S о

¡S

О

ь я S

"(б)

Ge приёмник, Т = 300 К

Т = 600С

Х10

тр= 700 С

0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 Энергия фотона (эВ)

Рис. 1. (а) Спектры низкотемпературной ФЛ однослойных структур с ве^) островками, выращенных при различных температурах. Спектры нормированы на максимум сигнала от островков, (б) Спектры ФЛ многослойных (5 слоёв) структур с островками, выращенных при 600°С и 700°С, измеренные при комнатной температуре. Для возбуждения сигнала ФЛ использовался Аг+ лазер (линия 514 нм).

В третьем параграфе Главы 2 представлены результаты исследований спектров ФЛ однослойных Ge/Si структур с самоформирующимися островками, в зависимости от температуры роста. В спектрах ФЛ исследованных структур наблюдался сигнал ФЛ в области энергий 0,6-0,9 эВ, который связывался с оптической рекомбинацией носителей заряда в островках (рис. 1а). Показано, что с понижением температуры роста пик ФЛ от островков смещается в область меньших энергий. Данное смещение связывается с подавлением диффузии Si в островки и увеличением содержания Ge в них при понижении температуры роста. Увеличение содержания Ge в островках структур без покровного слоя Si с уменьшением температуры роста было обнаружено ранее методами комбинационного рассеяния света и РД [Al, А2, АЗ]. Методами РД было обнаружено уменьшение содержания Ge в островках при их заращивании по сравнению с островками без покровного слоя, что связывается с дополнительной диффузией Si в островки в процессе их заращивания. Для структур с наноостровками, выращенных при 600°С, впервые наблюдался сигнал ФЛ от островков при энергиях меньших ширины запрещенной зоны объемного Ge до 0,6 эВ (до ~ 2 мкм) (рис. 1а) [А5, А6, А7]. С использованием экспериментально полученных данных о составе и упругих напряжениях в островках, выращенных при 600°С, была рассчитана зонная диаграмма в окрестности островка. Показано, что положение максимума сигнала ФЛ от островков хорошо согласуется с энергией непрямого в реальном пространстве оптического перехода между дырками, локализованными в

островках, и электронами, находящимися в 8! на гетерогранице с островком.

В четвертом параграфе Главы 2 рассмотрены особенности роста и фотолюминесценции многослойных структур с самоформирующимися островками, выращенными при температуре 600°0700°С. Методами РД в приближении упруго напряженного слоя были экспериментально определены значения среднего состава и остаточных упругих напряжений островков в многослойных структурах, выращенных при различных температурах [А5]. Методами РД было обнаружено уменьшение содержания ве в островках многослойных структур по сравнению с островками однослойных структур с покровным слоем 8!. Уменьшение содержания ве в островках многослойных структур связывается с дополнительной диффузией 81 в островки в результате более продолжительного роста многослойных структур, а также с влиянием упругих напряжений от островков в нижележащих слоях многослойной структуры на рост островков в верхних слоях. Сигнал ФЛ от островков многослойных структур сдвинут в область больших энергий по сравнению с однослойными, что связывается с экспериментально обнаруженным уменьшением среднего содержания ве в островках в многослойных структурах по сравнению с однослойными. Рост ширины пика ФЛ от островков в многослойных структурах по сравнению с однослойными связывается с различием среднего состава островков, расположенных в разных слоях многослойной структуры.

В пятом параграфе Главы 2 приведены результаты исследования спектров ФЛ одно- и многослойных структур с Ое(81) самоформирующимися островками, измеренных при комнатной температуре. Обнаружено, что интенсивность сигнала ФЛ от островков при комнатной температуре увеличивается с понижением температуры роста с ТР=700°С до ТР=600°С (рис. 16) [А5, А6, А7, А14]. Данное увеличение сигнала ФЛ связывается с ростом глубины потенциальной ямы для дырок в островках и для электронов в Б! на гетерогранице с островком. Рост глубины потенциальной ямы для дырок в островках происходит из-за увеличения доли ве в островках при понижении температуры роста и, следовательно, увеличения разрыва валентных зон на гетерогранице с 81. Увеличение потенциальной ямы для электронов, находящейся в 81 на гетрогранице с островком, при понижении температуры роста вызвано возрастанием упругих напряжений растяжения в 81 слоях вблизи островков с большим содержанием ве. При температуре роста 600°С получены многослойные структуры с 0е(81)/81(001) самоформирующимися островками, в которых интенсивность сигнала ФЛ при комнатной температуре от островков в области длин волн 1,3-2 мкм более чем на

порядок превосходит интенсивность сигнала ФЛ, связанного с излучательными переходами в кремнии (рис. 16).

Глава 3 посвящена сравнительному анализу ФЛ 8Юе/81(001) гетероструктур с самоформирующимися островками и дефектами кристаллической решетки.

В первом параграфе Главы 3 рассмотрены спектры ФЛ 810е/81(001) структур с дислокациями и различными примесными комплексами Показано влияние условий роста 810е/81(001) гетероструктур на дислокационную люминесценцию от них. Продемонстрировано уменьшение интенсивности сигнала ФЛ от островков в 8Юе/81(001) гетероструктурах при появлении в них дефектных островков.

Во втором параграфе Главы 3 представлены результаты сравнительного анализа зависимости спектров ФЛ от островков и дислокаций от мощности оптической накачки. Показан различный характер зависимости от мощности оптической накачки сигнала ФЛ от островков и от дефектов кристаллической решетки [А7, А20]. Для структур с островками с увеличением мощности накачки происходит увеличение ширины сигнала ФЛ от островков и сдвиг его максимума в область больших энергий. Полученная зависимость сигнала ФЛ, связанного с островками, от мощности оптической накачки связывается с многочастичными эффектами в островках. При увеличении мощности накачки происходит рост заселенности дырками верхних энергетических уровней в островках и их рекомбинация с этих уровней. Кроме этого к росту энергии оптического перехода в островках приводит увеличение изгиба энергетических зон, вызванного кулоновским потенциалом дырок, локализованных в островках [6]. Положение линий ФЛ от дислокаций остаётся неизменным при увеличении мощности оптической накачки, так как сигнал ФЛ от дислокаций связан с рекомбинацией носителей с глубоких уровней в запрещённой зоне, положение которых не зависит от мощности оптической накачки.

Также во втором параграфе Главы 3 представлены результаты сравнительного анализа спектров ФЛ от Ое(80 самоформирующихся островков и от дислокаций в зависимости от температуры образца [А7, А20]. Показан различный характер зависимости от температуры измерения сигнала ФЛ от островков и от дефектов кристаллической решетки. Линии ФЛ, связанные с рекомбинацией свободного экситона в 81 и с рекомбинацией на дислокациях, при увеличении температуры образца с 77 К до 300 К смещаются в область меньших энергий. Данное смещение вызвано температурным уменьшением ширины запрещенной зоны 81. В то же время положение линии ФЛ от островков слабо зависит от температуры. Это связывается с тем, что уменьшение ширины запрещенной зоны при

росте температуры частично компенсируется увеличением заселенности дырками возбужденных уровней в островках. Оптическая рекомбинация дырок с этих уровней приводит к увеличению энергии оптического перехода в островках, которое частично компенсирует уменьшение ширины запрещенной зоны при увеличении температуры измерения.

Глава 4 посвящена исследованию особенностей роста и фотолюминесценции Ое(81) самоформирующихся островков, полученных осаждением ве на напряжённый слой Бм-хОе* с малым содержанием ве (х < 20 %).

I

Cie GeYSi

-fc Я

Содержание Ge в Si! xGex слое (х)

5

1 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20

Рис. 2. Схема структуры для определения критической толщины двумерного роста Ge на напряжённом Sii.xGex слое (he) (слева) и зависимость hc от содержания Ge в Sil xGex слое (справа).

В первом параграфе представлено описание методик исследования выращенных структур с помощью АСМ, РД, дифракции быстрых электронов (ДБЭ) и ФЛ.

Второй параграф Главы 4 посвящен исследованию особенностей роста Ge(Si) самоформирующихся островков на напряжённом Si|.xGex слое. С помощью АСМ показано, что размеры и поверхностная плотность островков увеличиваются с ростом содержания Ge в Sii.xGex слое [А12, А13, А30, А31]. Обнаружено, что формирование Ge(Si) островков на напряженном Sii_xGex слое при х > 10% в зависимости от количества осаждённого Ge позволяет получать однородные по форме массивы как пирамидальных, так и куполообразных островков. Увеличение поверхностной плотности островков, сформированных на Si,.xGex слое, связывается с ростом шероховатости поверхности роста в результате осаждения напряженного Si].xGex слоя. Рост размеров островков объясняется более высоким содержанием Si в островках, что является результатом увеличения диффузионного потока атомов из Sii.xGex слоя в островки вследствие экспериментально обнаруженного уменьшения

толщины смачивающего слоя при росте доли ве в 811.хОех слое (рис 2). С помощью ДБЭ была построена экспериментальная зависимость критической толщины двумерного роста ве от состава предосажденного напряженного 8^ хОех слоя (рис. 2). Значительное уменьшение критической толщины двумерного роста Се при его осаждении на 81].хОех слой связывается с сегрегацией Ое на поверхность 81,.хСех слоя и с накопленной в 81ьхОех слое упругой энергией. Показано, что увеличение относительной площади поверхности, занятой островками, в результате увеличения размеров и поверхностной плотности островков приводит к пространственному самоупорядочению во взаимном расположении островков, выращенных на напряженных 8Юе слоях. Упорядочение островков, проанализированное с помощью автокорреляционной функции поверхности, показало наличие корреляции ближнего порядка во взаимном расположении островков в направлении <100> вплоть до третьего соседнего островка.

В третьем параграфе Главы 4 представлены результаты исследования ФЛ структур с Ое(81) самоформирующимися островками, выращенными на напряжённом 81:_хОех слое. Выявлены особенности ФЛ островков с различной формой [А 15, А31]. Показано, что пик ФЛ от куполообразных островков смещён в сторону меньших энергий по сравнению с пиком ФЛ от пирамидальных островков. Наблюдаемое смещение не согласуется с известным из литературы [7] меньшим содержанием ве в куполообразных островках по сравнению с пирамидальными. Последнее должно приводить к увеличению энергии оптических переходов в куполообразных островках по сравнению с пирамидальными. Наблюдаемое смещение пика ФЛ от куполообразных островков в сторону меньших энергий связывается со значительным увеличением высоты островков при их переходе от пирамидальной к куполообразной форме. Увеличение высоты островков приводит к уменьшению эффектов размерного квантования, смещению основного уровня дырок в куполообразных островках к потолку валентной зоны и, как следствие, уменьшению энергии непрямого в реальном пространстве оптического перехода в островках.

Показано, что увеличение содержания 81 в островках, выращенных на Б^ь хОех слое, приводит к смещению сигнала ФЛ от островков в сторону больших энергий с ростом доли ве в 81|_хОех слое. Обнаружено увеличение интенсивности сигнала ФЛ в области 1,3-1,55 мкм при комнатной температуре в структурах с островками, выращенными на 81] хОех слоях, по сравнению со структурами с островками, сформированными непосредственно на 81 [А12, А15, АЗО, А31].

Заключение содержит основные результаты диссертационной работы.

Основные результаты работы

1. Проведены исследования фотолюминесценции одно и многослойных 8Юе/81(001) структур с Ое(81) самоформирующимися островками. Показано, что с понижением температуры роста с 750°С до 600°С пик ФЛ от островков смещается в область меньших энергий. Данное смещение связывается с подавлением диффузии 81 в островки и увеличением содержания ве в них при понижении температуры роста. Для структур с наноостровками, выращенных при 600°С, впервые наблюдался сигнал ФЛ от островков при энергиях меньших ширины запрещенной зоны объемного ве вплоть до энергии 0,6 эВ (~ 2 мкм).

2. С использованием полученных экспериментальных значений среднего состава и остаточных упругих напряжений в островках 8Юе/81(001) многослойных структур, выращенных в диапазоне температур роста 600°С ^ 700°С, рассчитаны энергии оптических переходов в островках. Показано, что положение линии ФЛ от островков связано с непрямым в реальном пространстве оптическим переходом между дырками, локализованными в островках, и электронами, находящимися в 81 на гетерогранице с островком. Сигнал ФЛ от ве^О островков в многослойных структур сдвинут в область больших энергий по сравнению с однослойными, что связывается с экспериментально обнаруженным уменьшением среднего содержания Ое в островках многослойных структур по сравнению с однослойными.

3. Обнаружено увеличение интенсивности сигнала ФЛ от Се(81)/81(001) островков при комнатной температуре с понижением температуры роста с 700°С до 600°С. Данное увеличение сигнала ФЛ связывается с ростом глубины потенциальной ямы для дырок в островках и для электронов в 81 на гетерогранице с островком, вследствие увеличения доли ве в островках при понижении температуры роста.

4. Проведён сравнительный анализ сигнала ФЛ от Се(81) самоформирующихся островков и от дефектов кристаллической решетки. Показан различный характер зависимости от мощности оптической накачки сигнала ФЛ от Се(81) островков и от дефектов. Продемонстрировано, что положение пиков ФЛ от Се(81) островков и от дефектов кристаллической решетки имеют различный характер зависимости от температуры измерения. Установленные различия в спектрах ФЛ могут быть использованы для разделения вкладов дефектов и островков в сигнал фотолюминесценции в области энергий 0,7 - 0,9 эВ.

5. Обнаружено, что при росте Ое(81) самоформирующихся островков на тонком напряжённом 81|.хОех слое размеры и поверхностная плотность островков увеличиваются с ростом содержания ве в 81|.хОех слое.

Увеличение поверхностной плотности островков связывается с ростом шероховатости поверхности роста в результате осаждения напряженного Si,.xGex слоя. Рост размеров островков объясняется более высоким содержанием Si в островках.

6. Обнаружено уменьшение критической толщины двумерного роста Ge при его осаждении на напряженный Sij.xGex слой по сравнению с аналогичным процессом роста на кремниевой подложке. Построена экспериментальная зависимость критической толщины двумерного роста Ge от состава предосажденного напряженного Si,.xGex слоя. Значительное уменьшение критической толщины двумерного роста Ge при его осаждении на напряженный Sii_xGex слой связывается с сегрегацией Ge на поверхность Sii.xGex слоя и с накопленной в Si,.xGex слое упругой энергией.

Список цитированной литературы

[1] В. М. Устинов. Длинноволновые лазеры ближнего ИК-диапазона на квантовых точках на подложках GaAs/ В. М. Устинов, А. Е. Жуков, А. Р. Ковш, Н. А. Малеев, С. С. Михрин, Б. В. Воловик, Ю. Г. Мусихин, А. Ф. Цацульников, М. В. Максимов, Ю. М. Шерняков, Ж. И. Алфёров, Н. Н. Леденцов, Д. Бимберг, Д. Лотт// Известия Академии Наук: Серия Физическая - 2001. - № 2. - С. 214-218.

[2] C.Teichert. Self-organization of nanostructures in semiconductor heteroepitaxy/ C.Teichert// Physics Reports - 2002. V. 365 - P. 335-432.

[3] G.Capellini. SiGe intermixing in Ge/Si(100) islands/ G.Capellini, M.De Seta, F.Evangelisti// Applied Physics Letters - 2001. V. 78 - P. 303-305.

[4] M.Floyd. Nanometer-scale composition measurements of Ge/Si(100) islands/ M.Floyd, Y.Zhang, K.P.Driver, J.Drucker, P.A.Crozier, D.J.Smith// Applied Physics Letters - 2003. V. 82 - P. 1473-1475.

[5] R.Apertz. Photoluminescence and electroluminescence of SiGe dots fabricated by island growth/ R.Apertz, L.Vescan, A.Hartmann, C.Dieker, and H.Luth// Applied Physics Letters - 1995. V. 66 - P. 445-447.

[6] C.-K. Sun. Optical investigations of the dynamic behavior of GaSb/GaAs quantum dots/ C.-K. Sun, G. Wang, J. E. Bowers, B. Brar, H.-R. Blank, H. Kroemer, and M. H. Pilkuhn// Applied Physics Letters - 1996. V. 68 - P. 15431545.

[7] R.Magalhaes-Paniago. Direct evaluation of composition profile, strain relaxation, and elastic energy of Ge:Si(001) self-assembled islands by anomalous x-ray scattering/ R.Magalhaes-Paniago, G.Medeiros-Ribeiro, A.Malachias, S.Kycia, T.I.Kamins, R.Williams// Physical Review В - 2002. V. 66 - P. 245312-245317.

Список работ автора по теме диссертации

[Al] N.V.Vostokov. The relation between composition and sizes of GeSi/Si(001) islands grown at different temperatures/N.V.Vostokov, S.A.Gusev, Yu.N.Drozdov, Z.F.Krasil'nik, D.N.Lobanov, N.Mesters, M.Miura, L.D.Moldavskaya, A.V.Novikov, J.Pascual, V.V.Postnikov, Y.Shiraki, V.A.Yakhimchuk, N.Usami, and M.Ya.Valakh// Physics of Low-Dimensional Sructructures - 2001. V. 3/4 - P. 295-302.

[A2] A.V.Novikov. 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, Yu.N.Drozdov, Z.F.Krasil'nik, D.N.Lobanov, L.D.Moldavskaya, A.N.Yablonskiy, M.Miura, N.Usami, Y.Shiraki, M.Ya.Valakh, N.Mesters and J.Pascual// Materials Science and Engineering В -2002. V. 89-P. 62-65.

[A3] М.Я.Валах. Влияние диффузии Si на рост, параметры и фотолюминесценцию GeSi/Si(001) самоорганизующихся наностровков/ М.Я.Валах, Н.В.Востоков, С.А.Гусев, Ю.Н.Дроздов, З.Ф.Красильник, Д.Н.Лобанов, Л. Д. Молдавская, А.В.Новиков, В.В.Постников, М.В.Степихова, Н.Усами, Ю.Шираки, В.А.Юхимчук// Известия Академии наук. Серия физическая - 2002. - № 2. - С. 160-163.

[А4] Z.F.Krasil'nik. Microscopic and optical investigation of Ge nanoislands on silicon substrates/ Z.F.Krasil'nik, P.Lytvyn, D.N.Lobanov, N.Mesters, A.V.Novikov, J.Pascual, M.Ya.Valakh and V.U.Yukhymchuk// Nanotechnology -2002. V.13-P. 81-85.

[A5] Н.В.Востоков. Низкоэнергетическая 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// Письма в ЖЭТФ - 2002. - Вып. 6. - С. 425-429. [А6] A.V.Novikov. Photoluminescence of Ge(Si)/Si(001) self-assembled islands in the near infra-red wavelength range/ A.V.Novikov, D.N.Lobanov, A.N.Yablonsky, Yu.N.Drozdov, N.V.Vostokov and Z.F.Krasilnik// Physica E -V.16-P. 467-472.

[A7] Н.В.Востоков. 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 Академии наук. Серия физическая - 2003. - № 2. - С. 159-162. [А8] М.С.Дунаевский. Визуализация заращенных наноостровков GeSi в кремниевых структурах методом атомно-силовой микроскопии сколов/ М.С.Дунаевский, З.Ф.Красильник, Д.Н.Лобанов, А.В.Новиков, А.Н.Титков, R.Laiho// ФТП - 2003. - Вып. 6. - С. 692-699.

[А9] A.V. Novikov. Photoluminescence of GeSi/Si(001) self-assembled islands with dome and hut shape/ A.V. Novikov, M.V. Shaleev, D.N. Lobanov,

A.N. Yablonsky, N.V. Vostokov, Z.F. Krasilnik// Physica E - 2004. V. 23. - P. 416-420.

[A10] H.B. Востоков. Фотолюминесценция GeSi/Si(001) самоорганизующихся наноостровков различной формы/ H.B. Востоков, З.Ф. Красильник, Д.Н. Лобанов, А.В. Новиков, М.В. Шалеев, А.Н. Яблонский// ФТТ - 2004. - Вып. 1. - С. 63-66.

[All] M.S.Dunaevskii. Visualization of buried SiGei quantum dots at cleavages by cross-sectional atomic force microscopy/ M.S.Dunaevskii, A.N.Titkov Z.F.Krasilnik, A.V.Novikov, D.N.Lobanov, and R.L.Laiho// Applied Physics Letters - 2004. V. 85 - P. 1999-2001.

[A12] D.N. Lobanov. Growth and photoluminescence of Ge(Si) self-assembled islands obtained during the deposition of Ge on a strained SiGe layer/ D.N. Lobanov, A.V. Novikov, N.V. Vostokov, Y.N. Drozdov, A.N. Yablonskiy, Z.F. Krasilnik, M. Stoffel, U. Denker, O.G. Schmidt// Optical Materials - 2005. V. 27 -P. 818-821.

[A13] H.B. Востоков. Влияние предосаждения Sii.xGex слоя на рост Ge(Si)/Si(001) самоформирующихся островков/ Н.В. Востоков, Ю.Н. Дроздов, З.Ф. Красильник, Д.Н. Лобанов, А.В. Новиков, А.Н. Яблонский// ФТТ - 2005. - Вып. 1. - С. 29-32.

[А14] N.V.Vostokov. GeSi/Si(001) structures with self-assembled islands: growth and optical properties", in "Quantum Dots: Fundamentals, Applications, and Frontiers/ N.V.Vostokov, Yu.N.Drozdov, D.N.Lobanov, A.V.Novikov, M.V.Shaleev, A.N.Yablonskii, Z.F.Krasilnik, A.N.Ankudinov, M.S.Dunaevskii,

A.N.Titkov, P.Lytvyn, V.U.Yukhymchuk, M.Ya.Valakh// NATO Science Series 11-2005. V. 190-P. 333-351.

[A 15] Ю.Н.Дроздов. Особенности фотолюминесценции Ge(Si)/Si(001) самоформирующихся островков, выращенных на напряженном Si).xGex слое/ Ю.Н.Дроздов, З.Ф.Красильник, Д.Н. Лобанов, А.В.Новиков, М.В.Шалеев, А.Н.Яблонский// ФТП - 2006. - Вып. 3. - С. 343-346. [А16] Н.В.Востоков. Влияние диффузии Si на рост, параметры и фотолюменесценцию GeSi/Si(001) самоорганизующихся островков/ Н.В.Востоков, С.А.Гусев, Ю.Н.Дроздов, З.Ф.Красильник, Д.Н.Лобанов, Л.Д.Молдавская, А.В.Новиков, В.В.Постников, М.В.Степихова, M.Miura, ^

N.Usami, Y.Shiraki, ВЛ.Юхимчук, М.Я.Валах, N.Mesters, J.Pascual// Всероссийское Совещание Нанофотоника, Нижний Новгород, 26-29 марта 2001, Материалы совещания. - С. 28-31.

[А 17] A.V.Novikov. 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, Yu.N.Drozdov, Z.F.Krasil'nik, D.N.Lobanov, L.D.Moldavskaya, A.N.Yablonskiy, M.Miura, N.Usami, Y.Shiraki, M.Ya.Valakh, N.Mesters and J.Pascual// E-MRS 2001 Spring Meeting, Strasbourg, France, June 5-8,2001. Book of abstracts. - D - IV.6.

[А18] Н.В.Востоков. Влияние температуры роста и предосаждения GexSii.x слоев на рост GeSi/Si(001) самоорганизующихся наноостровков/ Н.В.Востоков, С.А.Гусев, Ю.Н.Дроздов, З.Ф.Красильник, Д.Н.Лобанов, Л.Д.Молдавская, А.В.Новиков, В.В.Постников, М.В.Степихов, М.Я.Валах, В.А.Юхимчук// V Российская конференция по физике полупроводников, Нижний Новгород, 10-14 сентября 2001, Тезисы докладов. - С. 347. [А19] N.V.Vostokov. The dependence of structural and optical properties of GeSi/Si(001) islands on growth temperature/ N.V.Vostokov, Yu.N.Drozdov, Z.F.Krasil'nik, D.N.Lobanov, N.Mesters, M.Miura, L.D.Moldavskaya, A.V.Novikov, J.Pascual, Y.Shiraki, N.Usami, M.Ya.Valakh, A.N.Yablonskiy// Fourth International Workshop on modelling, growth, properties and devices of ^ epitaxial semiconductors on Novel Index Surfaces (NIS'01), Aspet, France,

September 16-20,2001, Abstract booklet. - C. 42-43.

[A20] Н.В.Востоков, Ю.Н.Дроздов, З.Ф.Красильник, Д.Н.Лобанов, А.В.Новиков, А Н.Яблонский, В.Н.Кукин, С.К.Максимов, «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, В.Н.Кукин, С.К.Максимов// Всероссийское Совещание Нанофотоника, Нижний Новгород, 15-18 марта 2002, Материалы Совещания. - С. 14-17.

[А21] A.V.Novikov. Photoluminescence of GeSi/Si(001) self-assembled islands at wavelengths up to 2 цт/ A.V.Novikov, D.N.Lobanov, A.N.Yablonsky, Yu.N.Drozdov, N.V.Vostokov and Z.F.Krasilnik// Second International Workshop on New Group IV (Si-Ge-C) Semiconductors: Control of Properties and Applications to Ultrahigh Speed and Opto-Electronic Devices, Kofu, Japan, 2-4 June, 2002, Abstracts. - P. III-05.

[A22] Yu.N.Drozdov. Room-temperature photoluminescence of GeSi/Si(001) self-assembled islands in 1.3 - 1.7 |дт wavelength range/ Yu.N.Drozdov, Z.F.Krasil'nik, D.N.Lobanov, A.V.Novikov, M.Ya.Valakh, N.V.Vostokov, A.N.Yablonskiy, V.A.Yukhymchuk// 10- International Symposium Nanostructures: Physics and Technology, St. Petersburg, Russia, 17-21 June, f- 2002, Proceedings. - P. 183-186.

[A23] A.V.Novikov. Photoluminescence of GeSi/Si(001) self-assembled islands at wavelengths up to 2 цт/ A.V.Novikov, D.N.Lobanov, A.N.Yablonsky, k Yu.N.Drozdov, N.V.Vostokov and Z.F.Krasilnik// International conference on

superlattice, nano-structures and nano-device ICSNN, Toulouse, France, July 2226, 2002, Abstracts. -P. I-P046.

[A24] Н.В.Востоков. Фотолюминесценция GeSi/Si(001)

самоорганизующихся наноостровков, имеющих различную форму/ Н.В. Востоков, З.Ф. Красильник, Д.Н. Лобанов, А.В. Новиков, М.В.Шалеев, А.Н. Яблонский// Всероссийское Совещание Нанофотоника, Нижний Новгород, 17-20 марта 2003, Материалы Совещания. - С. 33-36.

[А25] М.Я. Валах. Компонентный состав и упругие напряжения в многослойных структурах с Si i.xGex наноостровками/ М.Я. Валах, В.Н. Джаган, П.М. Литвин, В.А. Юхимчук, З.Ф. Красильник, Д.Н. Лобанов, А.В. Новиков// Всероссийское Совещание Нанофотоника, Нижний Новгород, 17-20 марта 2003, Материалы Совещания. - С. 284-287. [А26] N.V.Vostokov. GeSi/Si(001) structures with self-assembled islands: growth and optical properties/ N.V.Vostokov, Yu.N.Drozdov, D.N.Lobanov, A.V.Novikov, M.V.Shaleev, A.N.Yablonskii, Z.F.Krasilnik, A.N.Ankudinov, M.S.Dunaevskii, A.N.Titkov, P.Lytvyn, V.U.Yukhymchuk, M.Ya.Valakh// NATO Advanced Research Workshop "Quantum Dots: Fundamentals, Applications, Frontiers", 20-24 June 2003, Crete, Greece, Abstracts. - P. 20. [A27] З.Ф.Красильник. Самоорганизующиеся островки SiGe/Si(001), выращенные на SiGe подслоях/ З.Ф.Красильник, Д.Н.Лобанов, А.В.Новиков, В.Б.Шмагин, А.Н.Яблонский// VI Российская конференция по физике полупроводников, Санкт-Петербург, 27-31 октября 2003, Тезисы докладов. - С. 137.

[А28] М.С.Дунаевский. Визуализация заращенных полупроводниковых квантовых точек на сколах содержащих их структур методами атомно-силовой микроскопии/ М.С.Дунаевский, А.В.Анкудинов, Д.Н.Лобанов, А.В.Новиков, З.Ф.Красильник, Reino Laiho, А.Н.Титков// VI Российская конференция по физике полупроводников, Санкт-Петербург, 27-31 октября 2003, Тезисы докладов. - С. 227.

[А29] Т.С.Шамирзаев. Фотолюминесценция квантовых точек Ge, выращенных в матрице Si при различных температурах эпитаксии/ Т.С.Шамирзаев, А.И.Никифоров, М.С.Секенбаев, К.С.Журавлев, Д.Н.Лобанов, А.В.Новиков, З.Ф.Красильник// Всероссийское Совещание Кремний-2004, Иркутск, 5-9 июля 2004, Сборник тезисов докладов. - С. 109.

[А30] Н.В. Востоков, Ю.Н. Дроздов, З.Ф. Красильник, Д.Н. Лобанов, А.В. Новиков, А.Н. Яблонский, «Влияние предосаждения Sii.xGex слоя на рост и фотолюминесценцию SiGe/Si(001) самоформирующихся островков/ Н.В. Востоков, Ю.Н. Дроздов, З.Ф. Красильник, Д.Н. Лобанов, А.В. Новиков, А.Н. Яблонский// Всероссийское Совещание Нанофотоника, Нижний Новгород, 2-6 мая 2004, Материалы Совещания. - С. 314-317. [А31] Н.В. Востоков. Особенности фотолюминесценции SiGe/Si(001) самоформирующихся островков, выращенных на напряжённом Si[_xGex слое/ Н.В. Востоков, Ю.Н. Дроздов, З.Ф. Красильник, Д.Н. Лобанов, А.В. Новиков, А.Н. Яблонский// Симпозиум «Нанофизика и наноэлектроника», Нижний Новгород, 25-29 марта 2005, Материалы Симпозиума. - С. 401-402.

Дмитрий Николаевич Лобанов

ИССЛЕДОВАНИЯ ОСОБЕННОСТЕЙ РОСТА И ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ Се(80 САМОФОРМИРУЮЩИХСЯ ОСТРОВКОВ, ВЫРАЩЕННЫХ НА 81(001) ПОДЛОЖКАХ И НАПРЯЖЁННЫХ 84_хСех СЛОЯХ

Автореферат

Подписано к печати 17 февраля 2006 г. Тираж 100 экз. Отпечатано на ризографе Института физики микроструктур РАН, 603950, г. Н. Новгород, ГСП-105

¿öOGA

Г?1МЕГ

573t

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Рост и оптоэлектронные свойства гетероструктур с

SiGe/Si(001) самоформирующимися островками (Литературный обзор)

ГЛАВА 2. Фотолюминесценция одно и многослойных SiGe/Si(001) структур с самоформирующимися островками

2.1. Методика эксперимента.

2.2. Методы подготовки подложек и характеризации 40 структур

2.3. Зависимость спектров ФЛ однослойных GeSi структур с 44 самоформирующимися островками от температуры роста

2.4. Рост и ФЛ многослойных структур с Ge(Si)/Si(001) 57 самоформирующимися островками

2.5. ФЛ структур с Ge(Si)/Si(001) самоформирующимися 75 островками при комнатной температуре

ГЛАВА 3. Сравнительный анализ ФЛ островков и дефектов кристаллической решётки

3.1. Фотолюминесценция GeSi/Si(001) структур с дефектами 84 кристаллической решетки

3.2. Зависимость сигнала ФЛ Ge(Si) островков и дислокаций 93 от мощности оптической накачки и температуры измерения

ГЛАВА 4. Рост и фотолюминесценция Ge(Si) островков, сформированных на напряжённом GexSi].x слое

4.1 Методика эксперимента

4.2 Особенности роста Ge(Si) самоформирующихся 104 островков на напряжённом Sii.xGex слое

4.3 ФЛ структур с Ge(Si) самоформирующимися островками, 127 выращенными на напряжённом SiixGex слое

Актуальность темы

В настоящее время активно развивается физика низкоразмерных полупроводниковых гетероструктур. Интерес к подобным исследованиям связан как с изучением фундаментальных физических явлений, проявляющихся в низкоразмерных системах, так и с возможностью применения таких структур в полупроводниковых приборах. Несмотря на то, что наибольшие успехи в области практического использования гетероструктур к настоящему времени достигнуты для полупроводников группы А3В5 [1], значительный интерес, как с фундаментальной, так и с прикладной точки зрения представляют исследования низкоразмерных гетероструктур на основе кремния.

Германий является наиболее интересной гетеропарой для кремния, позволяя получать эпитаксиальные гетероструктуры на кремневых подложках в широком диапазоне состава и толщин слоев твердого раствора SiGe. В настоящее время ведутся активные исследования особенностей роста и свойств SiGe/Si(001) гетероструктур с квантовыми ямами и квантовыми точками [2, 3]. Данная диссертация посвящена изучению особенностей формирования и фотолюминесценции одного из типов низкоразмерных систем на Si подложках - Ge(Si) самоформирующимся островкам.

Актуальность исследования Ge/Si структур связана с выявлением на примере данной гетеропары общих для напряженных полупроводниковых гетероструктур механизмов зарождения и роста самоформирующихся нанообъектов.

Электрические и оптические свойства полупроводниковых гетероструктур с самоформирующимися Ge(Si) наноостровками зависят от энергетического спектра носителей заряда в островках. Последний существенно зависит от таких параметров островков как их размеры, состав, форма и упругие напряжения. В связи с этим, важно уметь получать структуры с самоформирующимися островками, имеющими определённые параметры. К моменту начала работ над диссертацией процессы зарождения и роста Ge(Si) самоформирующихся островков на Si(OOl) подложках были достаточно подробно исследованы. Для структур без верхнего покровного слоя была получена экспериментальная зависимость состава Ge(Si)/Si(001) самоформирующихся островков от температуры роста [3, 4]. В то же время имелись лишь единичные исследования параметров Ge(Si) островков с покровным слоем в одно и многослойных структурах.

Наряду с исследованием особенностей роста Ge(Si) самоформирующихся островков важным является установление однозначной связи между параметрами (размерами, составом, формой и упругими напряжениями) островков и энергией оптических переходов в них. К моменту начала работы над диссертацией такая однозначная количественная связь не была установлена. Хотя в литературе имелись отдельные сообщения о наблюдении сигнала электро- и фотолюминесценции (ФЛ) в структурах с Ge(Si) островками вплоть до комнатной температуры [5], не были определены условия получения Ge/Si структур для повышения интенсивности сигнала люминесценции от островков при комнатной температуре. Существовали противоречивые объяснения различий в спектрах ФЛ одно- и многослойных структур с Ge(Si) островками. В литературе отсутствовали однозначные результаты по исследованию особенностей фотолюминесценции Ge(Si) островков, имеющих различную форму.

Одной из трудностей интерпретации результатов исследований ФЛ структур с Ge(Si)/Si(001) самоформирующимися островками является ФЛ от дефектов кристаллической решетки в Si, которая наблюдается в той же области длин волн ( >1,3 цм), в которой наблюдается сигнал ФЛ от островков. В этой связи важным становится установление критериев, позволяющих однозначно отделить сигнал ФЛ от Ge(Si) самоформирующихся островков от сигнала ФЛ, связанного с оптической рекомбинацией на дефектах кристаллической решетки.

Основные цели работы состояли в следующем:

1. Установление количественной связи между параметрами (размером, составом, упругими напряжениями и формой) Ge(Si)/Si(001) самоформирующихся островков в одно-и многослойных структурах и их спектрами фотолюминесценции. Определение условий получения структур с GeSi/Si(001) самоформирующимися островками, имеющих высокую интенсивность сигнала фотолюминесценции от островков в области длин волн 1,3-1,55 мкм при комнатной температуре.

2. Проведение сравнительного анализа спектров фотолюминесценции GeSi/Si(001) гетероструктур с самоформирующимися наноостровками и структур с дефектами кристаллической решетки с целью установления критериев, позволяющих определить происхождение сигнала ФЛ от GeSi гетероструктр в области длин волн 1,3-2 мкм.

3. Модификация роста GeSi/Si(001) самоформирующихся островков за счет предосаждения напряжённых Sii-xGex слоев.

Научная новизна работы

1. Смещение пика ФЛ от Ge(Si) самоформирующихся островков в область меньших энергий при понижении температуры роста связывается с подавлением диффузии атомов Si в островки и увеличением доли Ge в них. Впервые наблюдался сигнал фотолюминесценции от Ge(Si) островков в области энергий значительно меньших ширины запрещенной зоны объемного Ge.

2. Показано, что энергия непрямого в реальном пространстве оптического перехода между дырками, локализованными в островках, и электронами, находящимися в Si на гетерогранице с островком, рассчитанная с учетом экспериментально полученных данных о составе и упругих напряжениях островков в многослойных структурах хорошо совпадает с экспериментальным положением пика ФЛ от островков.

3. Продемонстрирован различный характер зависимости от мощности оптической накачки сигнала ФЛ от Ge(Si) самоформирующихся островков и от дефектов кристаллической решетки. Продемонстрировано, что сигналы ФЛ от Ge(Si) самоформирующихся островков и от дефектов кристаллической решетки имеют различный характер температурной зависимости.

4. Показано, что рост Ge(Si)/Si(001) самоформирующихся островков может быть существенно модифицирован в результате предосаждения упруго напряжённого Sii.xGex слоя. Обнаружено, что критическая толщина двумерного роста Ge существенно уменьшается при росте доли Ge в предосажденном напряженном Sii.xGex слое.

Научная и практическая значимость работы

Установлена количественная связь между экспериментально определенными параметрами (размерами, составом и упругими напряжениями) Ge(Si)/Si(001) самоформирующихся островков и положением сигнала ФЛ, связанного с оптической рекомбинацией носителей заряда в островках.

Предложен способ изменения параметров Ge(Si)/Si(001) самоформирующихся островков с помощью предосаждения напряжённых Sii.xGex слоёв.

Основные положения выносимые на защиту

1. Низкотемпературный сигнал ФЛ от Ge(Si)/Si(001) самоформирующихся островков в области 1,3-2 мкм связан с непрямым в реальном пространстве оптическим переходом между дырками, локализованными в островках, и электронами, находящимися в Si на гетерогранице П-типа с Ge(Si) островком.

2. Смещение сигнала ФЛ от островков в область меньших энергий при понижении температуры роста с 750 °С до 600 °С вызвано подавлением диффузии Si в островки и увеличением доли Ge в них при понижении температуры роста.

3. Сдвиг в область больших энергий пика ФЛ от островков в многослойных структурах по сравнению с однослойными объясняется уменьшением среднего содержания Ge в островках.

4. Предосаждение упруго напряжённого Sii.xGex слоя позволяет получать массивы самоформирующихся Ge(Si) островков пирамидальной и куполообразной формы с высокой поверхностной плотностью.

Личный вклад автора в получение результатов

- Основной вклад в рост Ge(Si)/Si(001) одно- и многослойных структур с самоформирующимися островками при различных температурах [А1-А31].

- Основной вклад в интерпретацию спектров ФЛ Ge(Si)/Si(001) одно- и многослойных структур с самоформирующимися островками, выращенными при различных температурах [А2-А7, А9-А10, А14, А16-А26, А29] (совместно с Н.В.Востоковым, Ю.Н.Дроздовым, М.В.Шалеевым, А.НЛблонским).

- Определяющий вклад в сравнительном анализе спектров ФЛ Ge(Si)/Si(001) структур с самоформирующимися островками и структур с дефектами кристаллической решетки [А7, А20] (совместно с А.Н.Яблонским).

- Основной вклад в рост и проведение исследований структур с Ge(Si)/Si(001) самоформирующимися островками, выращенными на напряжённых Sii.xGex слоях [А12, А13, А15, А31] (совместно с Ю.Н.Дроздовым, М.В.Шалеевым, А.Н.Яблонским).

Апробация работы

Основные положения и результаты диссертации докладывались на V и VI Российских конференциях по физике полупроводников (Нижний Новгород, 10 - 14 сентября, 2001; Санкт-Петебург, 27-31 октября, 2003), Всероссийских совещаниях

Нанофотоника» (Нижний Новгород, 26 - 29 марта, 2001; 11-14 марта, 2002; 17 - 20 марта, 2003; 2-6 мая, 2004), Международных конференциях по сканирующей зондовой микроскопии (Нижний Новгород, 26 февраля - 1 марта, 2001; 1 - 5 марта, 2003), Совещаниях по росту кристаллов, плёнок и дефектам структуры кремния «Кремний-2002» и «Кремний-2004» (Новосибирск, 9-12 июля, 2002; Иркутск, 5-9 июля, 2004), Симпозиуме «Нанофизика и наноэлектроника» (Нижний Новгород, 25 - 29 марта, 2005), 11-ом Европейском совещании по молекулярно-лучевой эпитаксии (Германия, 4-7 февраля, 2001), 10-ом Международном симпозиуме «Наноструктуры: физика и технология» (Санкт-Петебург, 17-21 июня, 2002), Международных конференциях по материаловедению (Страсбург, Франция, 5-8 июня, 2001; 24 - 28 мая, 2004), 4-ом и 5-ом Международном совещании по моделированию, росту, свойствам и приборам на поверхностях с оригинальным индексом (Аспет, Франция, 16-20 сентября, 2001; Штутгарт, Германия, 13 - 15 октября, 2003), Международной конференции по сверхрешёткам, наноструктурам и наноприборам (Тулуза, Франция, 22 - 26 июля, 2002), Международном совещании по квантовым точкам (Крит, Греция, 20 — 24 июня, 2003), а также на семинарах ИФМ РАН и НИОЦ СЗМ при ННГУ им.Н.И.Лобачевского.

Публикации

По теме диссертации опубликована 31 работа, включая 15 статей в реферируемых журналах и 16 публикаций в материалах конференций.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения. Объем диссертации составляет 159 страниц, включая 71 рисунок и 7 таблиц. Список цитированной литературы включает 152 наименования, список работ автора по теме диссертации — 31 наименование.

Основные результаты проведенных в диссертационной работе исследований роста и фотолюминесценции GeSi/Si(001) самоорганизующихся островков могут быть сформулированы следующим образом:

1. Проведены исследования фотолюминесценции одно и многослойных SiGe/Si(001) структур с Ge(Si) самоформирующимися островками. Показано, что с понижением температуры роста с 750°С до 600°С пик ФЛ от островков смещается в область меньших энергий. Данное смещение связывается с подавлением диффузии Si в островки и увеличением содержания Ge в них при понижении температуры роста. Для структур с наноостровками, выращенных при 600°С, впервые наблюдался сигнал ФЛ от островков при энергиях меньших ширины запрещенной зоны объемного Ge вплоть до энергии 0,6 эВ

2 мкм).

2. С использованием полученных экспериментальных значений среднего состава и остаточных упругих напряжений в островках SiGe/Si(001) многослойных структур, выращенных в диапазоне температур роста 600°С + 700°С, рассчитаны энергии оптических переходов в островках. Показано, что положение линии ФЛ от островков связано с непрямым в реальном пространстве оптическим переходом между дырками, локализованными в островках, и электронами, находящимися в Si на гетерогранице с островком. Сигнал ФЛ от Ge(Si) островков в многослойных структур сдвинут в область больших энергий по сравнению с однослойными, что связывается с экспериментально обнаруженным уменьшением среднего содержания Ge в островках многослойных структур по сравнению с однослойными.

3. Обнаружено увеличение интенсивности сигнала ФЛ от Ge(Si)/Si(001) островков при комнатной температуре с понижением температуры роста с 700°С до 600°С. Данное увеличение сигнала ФЛ связывается с ростом глубины потенциальной ямы для дырок в островках и для электронов в Si на гетерогранице с островком, вследствие увеличения доли Ge в островках при понижении температуры роста.

4. Проведён сравнительный анализ сигнала ФЛ от Ge(Si) самоформирующихся островков и от дефектов кристаллической решетки. Показан различный характер зависимости от мощности оптической накачки сигнала ФЛ от Ge(Si) островков и от дефектов. Продемонстрировано, что положение пиков ФЛ от Ge(Si) островков и от дефектов кристаллической решетки имеют различный характер зависимости от температуры измерения. Установленные различия в спектрах ФЛ могут быть использованы для

разделения вкладов дефектов и островков в сигнал фотолюминесценции в области энергий 0,7 - 0,9 эВ.

5. Обнаружено, что при росте Ge(Si) самоформирующихся островков на тонком напряжённом Si|.xGex слое размеры и поверхностная плотность островков увеличиваются с ростом содержания Ge в Sij.xGex слое. Увеличение поверхностной плотности островков связывается с ростом шероховатости поверхности роста в результате осаждения напряженного Sii.xGex слоя. Рост размеров островков объясняется более высоким содержанием Si в островках.

6. Обнаружено уменьшение критической толщины двумерного роста Ge при его осаждении на напряженный Sij.xGex слой по сравнению с аналогичным процессом роста на кремниевой подложке. Построена экспериментальная зависимость критической толщины двумерного роста Ge от состава предосажденного напряженного Sii.xGex слоя. Значительное уменьшение критической толщины двумерного роста Ge при его осаждении на напряженный Sii.xGex слой связывается с сегрегацией Ge на поверхность Sii.xGex слоя и с накопленной в Si].xGex слое упругой энергией.

В заключение считаю своим приятным долгом выразить благодарность моему научному руководителю Новикову Алексею Витальевичу за внимание, чуткое руководство и интересные научные дискуссии при выполнении данной работы. Также хочу выразить глубокую признательность большому коллективу сотрудников ИФМ РАН (Красильнику Захарию Фишелевичу, Алешкину Владимиру Яковлевичу, Андрееву Борису Александровичу, Бекину Николаю Александровичу, Востокову Николаю Владимировичу, Дроздову Юрию Николаевичу, Шалееву Михаилу Владимировичу, Шулешовой Ирине Юрьевне и Яблонскому Артёму Николаевичу) за неоценимую помощь в выполнении данной работы.

Заключение

1. Н.НЛеденцов. Гетероструктуры с квантовыми точками: получение, свойства, лазеры./ Н.НЛеденцов, В.М.Устинов, В.А.Щукин, П.С.Копьев, Ж.И.Алферов, Д.Бимберг.// ФТП -1998. Т. 32(4)-С. 385-410.

2. Douglas J. Paul. Si/SiGe heterostructures: from material and physics to devices and circuits./ Douglas J. Paul.// Semiconductor Science Technology 2004. V. 19 - P. 75-108.

3. M.Floyd. Nanometer-scale composition measurements of Ge/Si(100) islands/ M.Floyd, Y.Zhang, K.P.Driver, J.Drucker, P.A.Crozier, D.J.Smith// Applied Physics Letters 2003. V. 82 -P. 1473-1475.

4. G.Capellini. SiGe intermixing in Ge/Si(100) islands/ G.Capellini, M.De Seta, F.Evangelisti// Applied Physics Letters 2001. V. 78 - P. 303-305.

5. R.Apertz. Photoluminescence and electroluminescence of SiGe dots fabricated by island growth/ R.Apertz, L.Vescan, A.Hartmann, C.Dieker, and H.Luth// Applied Physics Letters — 1995. V. 66-?. 445-447.

6. F. Schaffler. High-mobility Si and Ge structures./ F. Schaffler.// Semiconductor Science Technology 1997. V. 12 - P. 1515-1549.

7. Ж.И.Алферов. История и будущее полупроводниковых гетероструктур/ Ж.И.Алферов.// ФТП 1998. Т. 32(1) - С. 3-18.

8. M.Grundmann. Ultranarrow luminescence lines from single quantum dots/ M.Grundmann, J.Christen, N.N.Ledensov, J.Bohrer, D.Bimberg, S.S.Runimov, P.Werner, U.Richter, U.Gosele, J.Heydenreich// Physical Review Letters 1995, V. 74 - P. 4043-4046.

9. C.Teichert. Self-organization of nanostructures in semiconductor heteroepitaxy/ C.Teichert// Physics Reports 2002. V. 365 - P. 335-432.

10. A.V.Osipov. Stress-driven nucleation of coherent islands: theory and experiment/ A.V.Osipov, F.Schmitt, S.A.Kukushkin// Applied Surface Science 2002. V.l88 - P. 156-162

11. F.K.LeGoues. Measurement of the activation barrier to nucleation of dislocation in thin films/ F.K.LeGoues, P.M.Mooney, and J.Tersoff// Physical Review Letters 1993. V. 71 - P. 396-399.

12. DJ.Eaglesham. Dislocation-free Stranski-Krastanow growth of Ge on Si(OOl)/ DJ.Eaglesham, M.Cerullo// Physical Review Letters 1990. V. 64 - P. 1943-1946.

13. J.Tersoff. Competing relaxation mechanisms in strained layers/ J.Tersoff, F.K.LeGoues// Physical Review Letters 1994. V. 72 - P. 3570-3573.

14. N.N.Ledentsov. Self-organized quantum wires and dots: New opportunities for device application/ N.N.Ledentsov// Progress in Crystal Growth and Characterization of materials -1997. V.35-P. 289-305.

15. Q.Zhang. Mismatch and chemical composition analysis of vertical InxGaixAs quantum-dot arrays by transmission electron microscopy/ Q.Zhang, J.Zhu, X.Ren, H.Li, T.Wang// Applied Physics Letters 2001. V. 78 - P. 3830-3832.

16. A.Rosenauer. Structural and Chemical Investigation of InAs/GaAs Nanostructures by Transmission Electron Microscopy/ A.Rosenauer, D. van Dyck, D.Gerthsen, M.Arzberger, G.Bohm, G.Abstreiter// Physica Status Solidi (b) 2001. V. 224 - P. 213-216.

17. A. Yu. Egorov. Thermodynamic analysis of the molecular-beam epitaxial growth of quaternary III-V compounds: GaxInixPyAsi.y/ A. Yu. Egorov, A. R. Kovsh, A. E. Zhukov, V. M. Ustinov, P. S. Kop'ev// Semiconductors 1997. V. 31 - P. 989-993.

18. Y.-T.Moon. Effects of thermal and hydrogen treatment on indium segregation in InGaN/GaN multiple quantum wells/ Y.-T.Moon, D.J.Kim, K.M.Song, C.J.Choi, S.H.Han, T.Y.Seong, S.J.Park// Journal of Applied Physics 2001. V. 89 - P. 6514-6518.

19. N.Y.Jin-Phillipp. Strain distribution in self-assembled InP/GalnP quantum dots/ N.YJin-Phillipp, F.Phillipp// Journal of Applied Physics 2000. V. 88 - P. 710-715.

20. DJ.Eaglesham. Dislocation-free Stranski-Krastanow growth of Ge on Si(001)/ DJ.Eaglesham, M.Cerullo// Physical Review Letters 1990. V. 64 - P. 1943-1946.

21. S.Scieker. Annealing effects on carbon-induced germanium dots in silicon/ S.Scieker, O.G.Schmidt, K.Eberl, N.Y.Jin-Phillipp, F.Phillipp// Applied Physics Letters 1998. V. 72 - P. 3344-3346.

22. F.M.Ross. Coarsening of Self-Assembled Ge Quantum Dots on Si(001)/ F.M.Ross, J.Tersoff, and R.M.Tromp// Physical Review Letters 1998. V. 80 P. 984-987.

23. J.Tersoff. Self-Organization in Growth of Quantum Dot Superlattices/ J.Tersoff, C.Teichert and M.C.Lagally// Physical Review Letters 1996. V. 76 - P. 1675-1678.

24. F.K.LeGoues. Cyclic Growth of Strain-Relaxed Islands/ F.K.LeGoues, M.C.Reuter, J.Tersoff, M.Hammar, and R.M.Tromp// Physical Review Letters 1994. V. 73 - P. 300-303.

25. H.Sunamura. Island formation during growth of Ge on Si(100): A study using photolumineseenee spectroscopy/ H.Sunamura, N.Usami, Y.Shiraki, S.Fukatsu// Applied Physics Letters 1995. V. 66 - P. 3024-3026.

26. P.Schittenhelm. Photolumineseenee study of the crossover from two-dimensional to three-dimensional growth for Ge on Si(100)/ P.Schittenhelm, M.Gail, J.Brunner, J.F.Nutzel and G.Abstreiter//Applied Physics Letters 1995.V. 67-P. 1292-1294.

27. А.И. Якимов. Фотодиоды Ge/Si со встроенными слоями квантовых точек Ge 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 2003. Т. 37 - С. 1383-1388.

28. S.Tong. Normal-incidence Ge quantum-dot photodetectors at 1.5 pm based on Si substrate/ S.Tong, J.L.Liu, J.Wan, and Kang L.Wang// Applied Physics Letters 2002. V. 80 - P. 11891191.

29. K. Eberl. Self-assembling quantum dots for optoelectronic devices on Si and GaAs/ K. Eberl, M.O. Lipinski, Y.M. Manz, W. Winter, N.Y. Jin-Phillipp and O.G. Schmidt// Physica E -2001. V. 9(1)-P. 164-174.

30. J.W. Matthews. Defects in epitaxial multilayers: I. Misfit dislocations/ J.W. Matthews and A.E. Blakeslee// Journal of Crystal Growth -1974. V. 27 P. 118-125.

31. S.Fukatsu. 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 -1998. V. 321-P. 65-69.

32. В.Я.Алешкин. Самоорганизующиеся наноостровки Ge в Si, полученные методом молекулярно-лучевой эпитаксии/В.Я.Алешкин, Н.А.Бекин, Н.Г.Калугин, З.Ф.Красильник, А.В.Новиков, В.В.Постников, Х.Сейрингер// Письма в ЖЭТФ 1998. Т. 67 - С. 46-50.

33. H.Sunamura. Growth mode transition and photolumineseenee properties of Sij xGex/Si quantum well structures with high Ge composition/ H.Sunamura, Y.Shiraki, S.Fukatsu// Applied Physics Letters 1995. V. 66 - P. 953-955.

34. L.Vescan. Size distribution and electroluminescence of self-assembled Ge dots/ L.Vescan, T.Stoica, O.Chretien, M.Goryll, E.Mateeva, and A.Muck// Journal of Applied Physics 2000. V. 87-P. 7275-7282.

35. M.G.Lagally. Atom motion on surfaces/ M.G.Lagally// Physics Today 1993. V. 11 - P. 24-31.

36. X.Chen. Vacancy-Vacancy Interaction on Ge-Covered Si(001)/ X.Chen, F.Wu, Z.Zhang and M.G.Lagally// Physical Review Letters 1994. V. 73 - P. 850-853.

37. B.Voigtlander, Fundamental processes in Si/Si and Ge/Si epitaxy studied by scanning tunneling microscopy during growth/ B.Voigtlander// Surface Science Reports -2001. V. 43 P. 127-254.

38. I.Goldfarb. Nucleation of "Hut" Pits and Clusters during Gas-Source Molecular-Beam Epitaxy of Ge/Si(001) in In Situ Scanning Tunnelng Microscopy/ I.Goldfarb, P.T.Hayden, J.H.G.Owen, and G.A.Briggs// Physical Review Letters 1997. V. 78 - P. 3959-3962.

39. W.Dorsch. Strain-induced island scaling during Sij xGex heteroepitaxy/ W.Dorsch, H.P.Strunk, H.Wawra, G.Wagner, J.Groenen, R.Carles// Applied Physics Letters 1998. V. 72 -P. 179-181.

40. F.Liu. Self-organized nanoscale structures in Si/Ge films/ F.Liu, M.G.Lagally// Surface Science-1997. V. 386-P. 169-181.

41. J.Tersoff. Step-Bunching Instability of Vicinal Surfaces under Stress/ J.Tersoff, Y.H.Phang, Z.Zhang and M.G.Lagally// Physical Review Letters 1995. V. 75 - P. 2730-2733.

42. F.Liu. Self-organization of steps in growth of strained films on vicinal substrates/ F.Liu, J.Tersoff, and M.G.Lagally// Physical Review Letters 1998. V. 80 - P. 1268-1271.

43. J.-H.Zhu. Two-dimensional ordering of self-assembled Ge islands on vicinal Si(001) surfaces with regular ripples/ J.-H.Zhu, K.Brunner and G.Abstreiter// Applied Physics Letters -1998. V. 73-P. 620-622.

44. D.E.Jesson. Morphological Evolution of Strained Films by Cooperative Nucleation/ D.EJesson, K.M.Chen, SJ.Pennycook, T.Thandat, RJ.Warmack// Physical Review Letters -1996. V. 77-P. 1330-1333.

45. A.Rastelli. Island formation and faceting in the SiGe/Si(001) system/ A.Rastelli, H. von Kane]// Surface Science 1997. V. 532-535 - P. 769-773.

46. G.Abstreiter. Growth and characterization of self-assembled Ge-rich islands on Si/ G.Abstreiter, P.Schittenhelm, C.Engel, E.Silveira, A.Zrenner, D.Meertens and W.Jager// Semiconductor Science and Technolology 1996. V. 11 - P. 1521-1528.

47. J.A.Floro. SiGe islands shape transitions induced by elastic repulsion/ J.A.Floro, G.A.Lucadamo, E.Chason, L.B.Freund, M.Sinclair, R.D.Twesten and R.Q.Hwang// Physical Review Letters 1998. V. 80 - P. 4717-4720.

48. M.Tomitori. STM study of the Ge growth mode on Si(001) substrates/ M.Tomitori, K.Watanabe, M.Kobayashi, O.Nishikawa// Applied Surface Science 1994. V. 76-77 - P. 322328.

49. J.Tersoff. Stress-induced layer-by-layer growth of Ge on Si(100)/ J.Tersoff// Physical Review В V. 43 - P. 9377-9380.

50. J.Tersoff. Barrierless Formation and Faceting of SiGe Islands on Si(001)/ J.Tersoff, В .J.Spenser, A.Rastelli and H. von Kanel// Physical Review Letters 2002. V. 89 - P. 196104196107.

51. A.Vailionis. Pathway for the Strain-Driven Two-Dimensional to Three-Dimensional Transition during Growth of Ge on Si(001)/ A.Vailionis, B.Cho, G.Glass, P.Desjardins, D.J.Gahill, and J.E.Greene// Physical Review Letters 2000. V. 85 - P. 3672-3675.

52. I.Daruka. Shape transition in growth of strained islands/ I.Daruka, J.Tersoff, and A.-L. Barabasi// Physical Review Letters 1999. V. 82 - P. 2753-2756.

53. A.Rastelli. Prepyramid-to-pyramid transition of SiGe islands on Si(001)/ A.Rastelli, H. von Kanel, BJ.Spenser, and J.Tersoff// Physical Review В 2003. V. 68 - P. 115301-115306.

54. Y.-W.Mo. Kinetic pathway in Stranski-Krastanov growth of Ge on Si(001)/ Y.-W.Mo, D.E.Savage, B.S.Swartzentruber, and M.G.Lagally// Physical Review Letters 1990. V. 65 - P. 1020-1023.

55. T.I.Kamins. Deposition of three-dimensional Ge islands on Si(001) by chemical vapor deposition at atmospheric and reduced pressures/ T.I.Kamins, E.C.Carr, R.S.Williams, and S.J.Rosner// Journal of Applied Physics 1997. V. 81 - P. 211-219.

56. A.I.Yakimov. Conductance oscillations in Ge/Si heterostructures containing quantum dots/ A.I.Yakimov, V.A.Markov, A.V.Dvurechenskii, O.P.Pchelyakov// Journal Physics: Condenced Matter 1994. V. 6 - P. 2573- 2575.

57. А.И. Якимов. Формирование нуль-мерных дырочных состояний при молекулярно-лучевой эпитаксии Ge на Si (100)/ А.И. Якимов, А.В. Двуреченский, А.И. Никифоров, О.П. Пчеляков// Письма в ЖЭТФ 1998. Т. 68 - С. 125-131.

58. J.S.Sullivan. Mechanisms determining three-dimensional SiGe island density on Si(001)/ J.S.Sullivan, H.Evans, D.E.Savage, M.R.Wilson, M.G.Lagally// Journal of Electronic Materials -1999. V. 28-P. 426-431.

59. G.M.Medeiros-Ribeiro. Shape transition of Germanium nanocrystals on a Silicon (001) surface from pyramids to domes/ G.M.Medeiros-Ribeiro, A.M.Bratkovski, T.I.Kamins,

60. D.A.A.Ohlberg, R.S.Williams// Science 1998. V. 279 - P. 353-355.

61. E.Sutter. Extended shape evolution of low mismatch SiixGex alloy islands on Si(100)/

62. E.Sutter, P.Sutter, and J.E.Bernard// Applied Physics Letters 2004. V. 84 - P. 2262-2264.

63. J.A.Floro. SiGe coherent islanding and stress relaxation in the high mobility regime/ J.A.Floro, E.Chason, R.D.Twesten, R.Q.Hwang, L.B.Freund// Physical Review Letters 1997. V. 79-P. 3946-3949.

64. V.A.Shchukin. Spontaneous ordering of arrays of coherent strained islands/ V.A.Shchukin, N.N.Ledentsov, P.S.Kop'ev, and D.Bimberg// Physical Review Letters 1995. V. 75 - P. 29682971.

65. J.Tersoff. Shape transition in growth of strained islands: spontaneous formation of quantum wires/ J.Tersoff, R.M.Tromp// Physical Review Letters 1993. V. 70 - P. 2782-2785.

66. Y.Hiroyama. In situ transmission electron microscope observations of misfit strain relaxation and coalescence stages of Sii-xGex on Si(001)/ Y.Hiroyama, M.Tamura// Thin Solid Films-1998. V.334-P. 1-5.

67. M.W.Dashiell. Photoluminescence of ultrasmall Ge quantum dots grown by molecular-beam epitaxy at low temperatures/ M.W.Dashiell, U.Denker, C.Muller, G.Costantini, C.Manzano, K.Kern, O.G.Schmidt// Applied Physics Letters 2002. V. 80 - P. 1279-1281.

68. M.Goryll. Bimodal distribution of Ge islands on Si(001) grown by LPCVD/ M.Goryll, L.Vescan, H.Liith// Materials Science Engineering В 2000. V. 69-70 - P. 251-256.

69. В.Г.Дубровский. Температурная зависимость морфологии ансамблей нанокластеров 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 2003. Т. 29 - С. 41-48.

70. A.-L. Barabasi. Self-assembled island formation in heteroepitaxial growth/ A.-L. Barabasi// Applied Physics Letters 1997. V. 70 - P. 2565-2567.

71. J.Stangl. Effect of overgrowth temperature on shape, strain, and composition of buried Ge islands deduced from x-ray diffraction/ J.Stangl, A.Hesse, V.Holy, Z.Zhong, G.Bauer, U.Denker, O.G.Schmidt// Applied Physics Letters 2003. V. 82 - P. 2251-2253.

72. Ph.Sonnet. Monte Carlo studies of stress fields and intermixing in Ge/Si(100) quantum dots/ Ph.Sonnet, P.C.Kelires// Physical Review В 2002. V. 66 - P. 205307-205312.

73. U.Denker. Probing the Lateral Composition Profile of Self-Assembled Islands/ U.Denker, M.Stoffel, O.G.Schmidt// Physical Review Letters 2003. V. 90 - P. 196102-196105.

74. X.Wang, Germanium dots with highly uniform size distribution grown on Si(100) substrate by molecular beam epitaxy/ X.Wang, Z.Jiang, H.Zhu, F.Lu, D.Huang, X.Liu, C.Hu, Y.Chen, Z.Zhu, T.Yao//Applied Physics Letters 1997. V. 71 - P. 3543-3545.

75. T.I.Kamins. A model for size evolution of pyramidal Ge islands on Si(001) during annealing/ T.LKamins, R.S.Williams// Surface Science 1998. V. 405 - L580-L586.

76. Y.Chen. Structural transition in large-lattice-mismatch heteroepitaxy/ Y.Chen and J.Washburn// Physical Review Letters 1996. V. 77 - P. 4046-4049.

77. P.Sutter. Oblique stacking of three-dimensional dome islands in Ge/Si multilayers/ P.Sutter, E.Mateeva-Sutter, L.Vescan// Applied Physics Letters 2001. V. 78 - P. 1736-1738.

78. O. G. Schmidt. 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// Applied Physics Letters 1999. V. 75 - P. 1905-1907.

79. U. Denker. Ge hut cluster luminescence below bulk Ge band gap/ U. Denker, M. Stoffel, O.G. Schmidt, H. Sigg// Applied Physics Letters 2003. V. 82 - P. 454-456.

80. K. Brunner. Ordering and Electronic Properties of Self-Assembled Si/Ge Quantum Dots/ K.Brunner, G.Abstreiter// Japanese Journal of Applied Physics 2001. V. 40 - P. 1860-1865.

81. O.G.Schmidt. Formation of carbon-induced germanium dots/ O.G.Schmidt, C.Lange, K.EberI, O.Kienzle, F.Ernst//Applied Physics Letters 1997. V. 71 - P. 2340-2342.

82. O.G.Schmidt. C-induced Ge dots: a versatile tool to fabricate ultra-small Ge nanostructures/ O.G.Schmidt, C.Lange, K.EberI, O.Kienzle, F.Ernst// Thin Solid Films 1998. V. 336 - P. 248

83. Y.Wakayama. Structural transition of Ge dots induced by submonolayer carbon on Ge wetting layer/ Y.Wakayama, G.Gerth, P.Werner, U.Gosele, L.V.Sokolov// Applied Physics Letters 2000. V. 77 - P. 2328-2330.

84. J.-H.Zhu. Two-dimensional ordering of self-assembled Ge islands on vicinal Si(001) surfaces with regular ripples/ J.-H.Zhu, K.Brunner and G.Abstreiter// Applied Physics Letters -1998. V. 73-P. 620-622.

85. S.Kim. Selective epitaxial growth of dot structures on patterned Si substrates by gas source molecular beam epitaxy/ S.Kim, N.Usami, and Y.Shiraki// Semiconductor Science and Technolology 1999. V. 14 - P. 257-265

86. GJin. Regimented placement of self-assembled Ge dots on selectively grown Si mesas/ G.Jin, J.L.Liu and K.L.Wang// Applied Physics Letters 2000. V. 76 - P. 3591-3593.

87. Zhenyang Zhong. Two-dimensional periodic positioning of self-assembled Ge islands on prepatterned Si (001) substrates/ Zhenyang Zhong, A.Halilovic, T.Fromherz, F. Schaffler, and

88. G.Bauer// Applied Physics Letters 2003. V. 82 - P. 4779-4781.

89. L.Vescan. Lateral ordering of Ge islands on Si mesas made by selective epitaxial growth/ L.Vescan, T.Stoica, B.Hollander// Materials Science Engineering В 2002. V. 89 - P. 49-53.

90. S.Yu.Shiryaev. Nanoscale structuring by misfit dislocations in Sii-xGex /Si epitaxial systems/ S.Yu.Shiryaev, F.Jensen, J.L.Hansen J.W.Petersen, A.N.Larsen// Physical Review Letters 1997. V. 78 - P. 503-506.

91. O.G.Schmidt, Long-range ordered lines of self-assembled Ge islands on a flat Si (001) surface/ O.G.Schmidt, N.Y.Jin-Phillipp, C.Lange, U.Denker, K.Eberl, R.Schreiner,

92. H.Grabeldinger, and H.Schweizer// Applied Physics Letters 2000. V. 77 - P. 4139-4141.

93. P.Sutter. Low-energy electron microscopy of nanoscale three-dimensional SiGe islands on Si(100)/ P.Sutter, E.Mateeva, J.S.Sullivan, M.G.Lagally// Thin Solid Films 1998. V. 336 - P. 262-270.

94. P.Sutter. Embedding of nanoscale 3D SiGe islands in a Si matrix/ P.Sutter, M.G.Lagally// Physical Review Letters 1998. V. 81 - P. 3471-3474.

95. J.P.Liu. Effect of Si overgrowth on the structural and luminescence properties of Ge islands on Si(100)/ J.P.Liu, J.Z.Wang, D.D.Huang, J.P.Li, D.Z.Sun, M.Y.Kong// Journal of Crystal Growth- 1999. V. 207-P. 150-153.

96. A.Rastelli. Shape preservation of Ge/Si(001) islands during Si capping/ A.Rastelli, E.Muller, H. von Kanel// Applied Physics Letters 2002. V. 80 - P. 1438-1440.

97. M.Floyd, Nanometer-scale composition measurements of Ge/Si(100) islands/ M.Floyd, Yangting Zhang, K.P.Driver, J.Drucker, P.A.Crozier, D.J.Smith// Applied Physics Letters -2003. V. 82-P. 1473-1475.

98. T.Stoica. Quantum efficiency of SiGe LEDs/ T.Stoica and L.Vescan// Semiconductor Science and Technolology 2003. V. 18 - P. 409-416.

99. M.Stoffel. Electroluminescence of self-assembled Ge hut clusters/ M.Stoffel, U.Denker and O.G.Schmidt// Applied Physics Letters 2003. V. 82 - P. 3236-3238.

100. O.G.Schmidt. Effect of overgrowth temperature on the photolumineseenee of Ge/Si islands/ O.G.Schmidt, U.Denker, K.Eberl, O.Kienzle, F.Ernst// Applied Physics Letters 2000. V. 77-P. 2509-2511.

101. V.Ryzhii. The theory of quantum-dot infrared phototransistors/ V.Ryzhii// Semiconductor Science and Technolology -1996. V. 11 P. 759-763.

102. I.Daruka, Molecular-dynamics investigation of the surface stress distribution in a Ge/Si quantum dot superlattice/ I.Daruka, A.-L.Barabasi, S.J.Zhou, T.C.Germann, P.S.Lomdahl, A.R.Bishop// Physical Review В 1999. V. 60 - P. 2150-2153.

103. J.H.Seok. Electronic structure and compositional interdiffusion in self-assembled Ge quantum dots on Si(001)/ J.H.Seok, J.Y.Kim// Applied Physics Letters 2001. V. 78 - P. 31243126.

104. A.I.Yakimov. Excitons in charged Ge/Si type-II quantum dots/ A.I.Yakimov, N.P.Stepina, A.V.Dvurechenskii, A.I.Nikiforov, A.V.Nenashev// Semiconductor Science and Technolology -2000. V. 15-P. 1125-1130.

105. А.В.Двуреченский. Электронная структура квантовых точек Ge/Si/ А.В.Двуреченскнй, А.В.Ненашев, А.И.Якимов// Известия академии наук. Серия физическая 2002. Т. 66 - С. 157-160.

106. M.Suezawa. Defects in Semiconductors// M.Suezawa and H.Katayama-Yoshida- Zurich, Switzerland: Trans Tech Publications Ltd, 1995.

107. J.Groenen. Phonons as probes in self-organized SiGe islands/ J.Groenen, R.Carles, S.Christiansen, M.Albrecht, W.Dorsch, H.P.Strunk, H.Wawra, G.Wagner// Applied Physics Letters 1997. V 71 - P. 3856-3858.

108. T.P.Sidiki. Photolumineseenee and X-ray characterisation of Si/Sii.xGex multiple quantum wells/ T.P.Sidiki, A.Ruhm, W.-X.Ni, G.V.Hansson, C.M.Sotomayor Torres// Journal of Luminescence 1998. V. 80-P. 503-507.

109. J.Weber. Near-band-gap photolumineseenee of Si-Ge alloys/ J.Weber, M.I.Alonso// Physical Review В 1989. V. 40 - P. 5683-5693.

110. A.Dargys. Handbook on Physical properties of Ge, Si, GaAs and InP/ A.Dargys, J.Kundrotas Vilnius, Lithuania: Science and Encyclopedia Publishers, 1994.

111. O.G.Schmidt. Composition of self-assembled Ge/Si islands in single and multiple layers/ O.G.Schmidt, U.Denker, S.Christiansen, F.Ernst// Applied Physics Letters 2002. V. 81 - P. 2614-2616.

112. N.Usami, Modification of the growth mode of Ge on Si by buried Ge islands/ N.Usami, Y.Araki, Y.Ito, M.Miura, Y.Shiraki// Applied Physics Letters 2000. V. 76 - P. 3723-3725.

113. J.A. Venables. Nucleation and growth of thin films/ J.A. Venables, G.D.T.Spiller and M.Hanbucken// Reports on Progress in Physics 1984. V. 47 - P. 399-459.

114. P. Sutter. Nucleationless Three-Dimensional Island Formation in Low-Misfit Heteroepitaxy/ P. Sutter and M. G. Lagally// Physical Review Letters 2000. V. 84 - P. 46374640.

115. R.M.Tromp. Instability-Driven SiGe Island Growth/ R.M.Tromp, F.M.Ross, M.C.Reuter// Physical Review Letters 2000. V. 84 - P. 4641-4645.

116. М.А.Гринфильд. Неустойчивость границы раздела между негидростатически напряженным упругим телом и расплавом/ М.А.Гринфильд// ДАН СССР 1986. Т. 290 -С.1358-1363.

117. Y. Tu. Origin of Apparent Critical Thickness for Island Formation in Heteroepitaxy/ Y. Tu and J. Tersoff// Physical Review Letters 2004. V. 93 - P. 216101-216104.

118. A.G.Cullis. The mechanism of the Stranski-Krastanov transition/ A.G.Cullis, DJ.Norris, T.Walther, M.A.Migliorato, M.Hopkinson// NATO Science Series II 2005. V. 190 - P. 71-88.

119. A.St.Amour. Enhancement of high-temperature photoluminescence in strained SiixGex/Si heterostructures by surface passivation/ A.St.Amour, J.C.Sturm, Y.Lacroix, M.L.W.Thewalt// Applied Physics Letters 1994. V. 65 - P. 3344-3346.

120. Wal Lek Ng. An efficient room-temperature silicon-based light-emitting diode/ Wal Lek Ng, M.A.Lourenco, R.M.Gwilliam, S.Ledain, G.Shao, K.P.Homewood// Letters to Nature — V. 410-P. 192-194.

121. H.Lee. Luminescence from dislocations in silicon-germanium layer grown on silicon substrate/ H.Lee, S.-H. Choi// Journal of Applied Physics 1999. V. 85 - P. 1771-1774.

122. P.I.Gaiduk. Strain-relaxed SiGe/Si heteroepitaxial structures of low threading-dislocation density/ P.I.Gaiduk, A.N.Larsen, J.L.Hansen// Thin Solid Films 2000. V. 367 - P. 120-125.

123. S.B.Samavedam. Novel dislocation structure and surface morphology effects in relaxed Ge/Si-Ge(graded)/Si structures/ S.B.Samavedam, E.A.Fitzgerald// Journal of Applied Physics -1997. V. 81-P. 3108-3116.

124. V.Kveder. Electronic states associated with dislocations in p-type silicon studied by means of electric-dipole spin resonance and deep-level transient spectroscopy/ V.Kveder, T.Sekiguchi, K.Sumino// Physical Review В 1995. V. 51 - P. 16721 -16727.

125. Ж.Панков. Оптические процессы в полупроводниках/ Ж.Панков// перевод с английского, М., Мир 1973-455 с.

126. С.-К. Sun. Optical investigations of the dynamic behavior of GaSb/GaAs quantum dots/ C.-K. Sun, G. Wang, J. E. Bowers, B. Brar, H.-R. Blank, H. Kroemer, and M. H. Pilkuhn// Applied Physics Letters 1996. V. 68 - P. 1543-1545.

127. A. Ishizara. Low temperature surface cleaning of silicon and its application to silicon МВЕ/ A. Ishizara and Y.Shiraki// Electrochemical science and technology 1986. V. 133 - P. 666-671.

128. A.Hesse. Effect of overgrowth on shape, composition, and strain of SiGe islands on Si(OOI)/ A.Hesse, J.Stangl, V.Holy, T.Roch, G.Bauer, O.G.Schmidt, U.Denker, B.Struth// Physical Review В 2002. V. 66 - P. 85321-85328.

129. M.Wachter. Photoluminescence of high-quality SiGe quantum wells grown by molecular beam epitaxy/ M.Wachter, F.Schaffler, H.-J.Herzog, K.Thonke and R.Sauer// Applied Physics Letters 1993. V. 63 - P. 376-378.

130. M. Larsson. Spatially direct and indirect transitions observed for SiGe quantum dots/ M. Larsson, A. ElfVing, P. O. Holtz, G. V. Hansson, and W.-X. Ni// Applied Physics Letters 2003. V. 82-P. 4785-4787.

131. M. W. Dashiell. Photoluminescence investigation of phononless radiative recombination and thermal-stability of germanium hut clusters on silicon(OOl)/ M. W. Dashiell, U. Denker, and O. G. Schmidt// Applied Physics Letters 2001. V. 79 - P. 2261-2263.

132. A. O. Orlov. Realization of a Functional Cell for Quantum-Dot Cellular Automata/ A. O. Orlov, I. Amlani, G. H. Berstein, C. S. Lent, and G. L. Snider// Science 1997. V. 277 - P. 928930.

133. A. van de Walle. First-principles calculation of the effect of strain on the diffusion of Ge adatoms on Si and Ge(001) surfaces/ A. van de Walle, M. Asta, P. W. Voorhees// Physical Review В 2003. V. 67 - P. 041308-041311.

134. S.A.Chaparro. Strain relief via trench formation in Ge/Si(001) islands/ S.A.Chaparro, Y.Zhang, and J.Drucker// Applied Physics Letters 2000. V. 76 - P. 3534-3536.

135. K.M.Chen. Cuspidal pit formation during the growth of SiixGex strained films/ K.M.Chen, D.E.Jesson, SJ.Pennycook// Applied Physics Letters 1995. V. 66 - P. 34-36.

136. G. Davies. The optical properties of luminescence centres in silicon/ G. Davies// Physics Reports 1989. V. 176-P. 83-188.

137. S.Fukatsu. Time-resolved D-band luminescence in strain-relieved SiGe/Si/ S.Fukatsu, Y.Mera, M.Inoue, K.Maeda, H.Akiyama, H.Sakaki// Applied Physics Letters 1996. V. 68 - P. 1889-1891.

138. L. E. Shilkrot. Dynamically stable growth of strained-layer superlattices/ L. E. Shilkrot, D. J. Srolovitz, J. Tersoff// Applied Physics Letters 2000, V. 77 - P. 304-306.

139. Список работ автора по теме диссертации

140. А6. A.V.Novikov. Photolumineseenee of Ge(Si)/Si(001) self-assembled islands in the near infra-red wavelength range/ A.V.Novikov, D.N.Lobanov, A.N.Yablonsky, Yu.N.Drozdov, N.V.Vostokov and Z.F.Krasilnik// Physica E V. 16 - P. 467-472.

141. A7. Н.В.Востоков. 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 Академии наук. Серия физическая 2003. - № 2. -С. 159-162.

142. А8. М.С.Дунаевский. Визуализация заращенных наноостровков GeSi в кремниевых структурах методом атомно-силовой микроскопии сколов/ М.С.Дунаевский, З.Ф.Красильник, Д.Н.Лобанов, А.В.Новиков, А.Н.Титков, R.Laiho// ФТП 2003. - Вып. 6. - С. 692-699.

143. А9. A.V. Novikov. Photoluminescence of GeSi/Si(001) self-assembled islands with dome and hut shape/ A.V. Novikov, M.V. Shaleev, D.N. Lobanov, A.N. Yablonsky, N.V. Vostokov, Z.F. Krasilnik// Physica E 2004. V. 23. - P. 416-420.

144. A15. Ю.Н.Дроздов. Особенности фотолюминесценции Ge(Si)/Si(001) самоформирующихся островков, выращенных на напряженном Sii-xGex слое/ Ю.Н.Дроздов, З.Ф.Красильник, Д.Н. Лобанов, А.В.Новиков, М.В.Шалеев, А.НЛблонский// ФТП 2006. - Вып. 3. - С. 343-346.

145. А17. A.V.Novikov. 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, Yu.N.Drozdov, Z.F.Krasil'nik, D.N.Lobanov, L.D.Moldavskaya, A.N.Yablonskiy, M.Miura,

146. N.Usami, Y.Shiraki, M.Ya.Valakh, N.Mesters and J.Pascual// E-MRS 2001 Spring Meeting, Strasbourg, France, June 5-8,2001. Book of abstracts. D - IV.6.

147. A18. Н.В.Востоков. Влияние температуры роста и предосаждения GexSij.x слоев на рост GeSi/Si(001) самоорганизующихся наноостровков/ Н.В.Востоков, С.А.Гусев, Ю.Н.Дроздов, З.Ф.Красильник, Д.Н. Лобанов, Л. Д.Молдавская, А.В.Новиков,

148. B.В.Постников, М.В.Степихов, М.Я.Валах, В.А.Юхимчук// V Российская конференция по физике полупроводников, Нижний Новгород, 10-14 сентября 2001, Тезисы докладов. С. 347.

149. А31. Н.В. Востоков. Особенности фотолюминесценции SiGe/Si(001) самоформирующихся островков, выращенных на напряжённом Sii.xGex слое/

150. Н.В. Востоков, Ю.Н. Дроздов, З.Ф. Красильник, Д.Н. Лобанов, А.В. Новиков, А.Н. Яблонский// Симпозиум «Нанофизика и наноэлектроника», Нижний Новгород, 25-29 марта 2005, Материалы Симпозиума. С. 401-402.