Оптоэлектронные свойства светоизлучающих кремниевых структур

Каменев, Борис Владимирович

Оптоэлектронные свойства светоизлучающих кремниевых структур тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

Каменев, Борис Владимирович АВТОР

кандидата физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Москва МЕСТО ЗАЩИТЫ

2000 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.10 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Оптоэлектронные свойства светоизлучающих кремниевых структур»

Автореферат диссертации на тему "Оптоэлектронные свойства светоизлучающих кремниевых структур"

гресресео/)^ )7. ¡¿. Уби-пгарО^^

МОСКОВСКИ!"! ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ М.В.ЛОМОНОСОВА

--гТБ ОД

ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ 3 О 2000

На правах рукописи УДК 621.315.592

Каменев Борис Владчмиронич

ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ СВОЙСТВА СВЕТОПЗЛУЧАЮЩИХ КРЕМНИЕВЫХ СТРУКТУ Р

Специальность 01.04.10 Физика полупроводников и диэлектриков

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических паук

МОСКВА 2000

Работа выполнена на кафедре Общей Физики и Молекулярной Электроники физического факультета МГУ им М.В.Ломоносова.

Научные руководители — доктор физико-математических наук, профессор П.К.Кашкаров кандидат физико-математических наук, Е.А.Константинова

Официальные оппоненты •— доктор физико-математических наук профессор Г.Н.Михайлова доктор физико-метематических наук, А.Г.Казанский

Ведущая организация — Физический институт пм.П.Н.Лебедева РАН

Защита состоится _ 2000 г в Л-Г^часов па заседании

Специализированного Совета №2 ОФТТ (К 053.05.20) в Московсом

Государственном Университете им М.В.Ломоносова по адрес)': 119899,

г.Москва, Воробьевы Горы, МГУ, физический факультет, криогенный корпус, о,

аудитория 2-05.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке физического факультета МГУ.

Автореферат разослан " ^ " мо$_2000 года

Ученый секретарь диссертационного совета №2 ОФТТ (К 053.05.20) МГУ им.М.В.Ломоносова доктор физико-математических наук

РЪЧ-З.ЛЧ^ РЗ

Г.С.Плотников

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. На сегодняшний день кремний является основным материалом полупроводниковой техники. Этот материал обладает запрещенной зоной (7 1 эВ) идеально подходящей для работы в диапазоне комнатных температур, и его оксид (ЗЮ2) характеризуется необходимой технологической эластичностью для компоновки до 10В приборов в одной интегральной схеме. Такой высокий уровень интеграции обуславливает высокоскоростную работу устройств, ограниченную только задержкой распространения сигнала в соединениях между элементами схемы. Существенное улучшение эффективности кремниевой электроники может быть достигнуто при использовании оптических коммуникаций.

Однако интеграция кремниевой электроники с внешней оптоэлектроникой требует создание гибридных технологий, которые часто достаточно сложны и дорогостоящи. Наиболее успешное решение этой проблемы может быть достигнуто созданием оптоэлектронных приборов, основанных на кремнийсодержащих материалах. Главным требованием, накладываемым на светоизлучающие устройства, основанные на кремнии, является высокая эффективность излучения при комнатной температуре в спектральном диапазоне 0.45-1.6 мкм. Такой диапазон длин волн удовлетворяет требованиям волноводной оптики, а также достаточен для использования в цветных дисплеях.

Для увеличения эффективности люминесценции кремния предложены и активно разрабатываются несколько различных методов. В одних модифицируется структура энергетических зон, в других, в кремниевую матрицу вводят ионы редкоземельных элементов, как активаторы люминесценции.

В данной работе в качестве основных объектов исследования были выбраны: пористый кремний - как материал с модифицированной зонной структурой, характеризующийся достаточно эффективной

фотолюминесценцией (ФЛ) в видимой области спектра; и аморфный гидрогенизированный кремний, содержащий трехвалентные ионы эрбия (Ег3+)

- как материал, обладающий люминесценцией на длине волны 1.54 мкм. В работе были поставлены следующие конкретные задачи

1. Всесторонне изучить оптоэлектронные свойства пористого кремния и определить факторы, влияющие на эффективность его ФЛ;

2. Исследовать возможность управления характеристиками ФЛ пористого кремния;

3. Экспериментально изучить особенности ФЛ ионов Ег3+, внедренных в матрицу аморфного гидрогенизированного кремния;

4. Установить механизм передачи энергии электронного возбуждения от аморфной матрицы к ионам Ег3+.

Для решения поставленной задачи был привлечен комплекс современных экспериментальнь1х; Методов, включающих регистрацию ФЛ и ИК поглощение на свободных носителях заряда с временным разрешением, ИК спектроскопию, радиоспектроскопию (ЭПР) и т.д. Данный комплекс методов обеспечивал детальное изучение исследуемых структур. Так, например, одновременная регистрация сигналов ФЛ и ИК поглощения на свободных носителях заряда позволяет однозначно идентифицировать характер релаксации электронного возбуждения (излучательный или безызлучательный). Для' модификации исследуемых объектов использовалось интенсивное излучение эксимерного лазера.

Научная новизна. В результате исследования выявлен ряд важных закономерностей релаксации электронного возбуждения в изучаемых структурах:

1. Получены новые данные о характере релаксации электронного возбуждения в пористом кремнии с кислородным и водородным покрытием поверхности;

2. Показано, что природа ФЛ пористого кремния может быть объяснена в рамках модели, предполагающей существование экситонов при комнатной температуре;

3. Обнаружена аномальная устойчивость водородного покрытия пористого кремния к облучению интенсивными лазерными импульсами;

4. Обнаружено снижение температуры плавления пористого кремния по сравнению с монокристаллическим кремнием;

5. Проведено детальное исследование характеристик ФЛ аморфного гидрогенизированного кремния, содержащего ионы Ег3+, в диапазоне температур 5-300 К;

6. Экспериментально установлен механизм возбуждения ионов Ег3+ в матрице аморфного гидрогенизированного кремния;

7. Получены новые данные о влиянии кислорода на параметры ФЛ ионов Ег3+, внедренных в матрицу аморфного гидрогенизированного кремния.

Автор защищает.

1. Новые данные о характере релаксации электронного возбуждения в пористом кремнии с кислородным и водородным покрытием;

2. Феноменологическую модель рекомбинации неравновесных носителей заряда в пористом кремнии;

3. Новую информацию о воздействии интенсивного лазерного излучения на пористый кремний;

4. Методику получения низкодефектного поверхностного покрытия пористого кремния при естественном окислении;

5. Новые данные о параметрах ФЛ ионов Ег3+ в матрице аморфного гидрогенизированного кремния;

6. Выводы о влиянии кислорода на ФЛ ионов Ег3+ в матрице аморфного гидрогенизированного кремния;

7. Качественную модель возбуждения и релаксации ионов Ег3+ в матрице аморфного гидрогенизированного кремния.

Практическая ценность В работе изучены оптоэлектронные свойства светоизлучающих кремниевых структур различных типов. Полученные данные могут быть использованы при создании светоизлучающих приборов. Так, например, в пористом кремнии с водородным и кислородным покрытием принципиально различны механизмы ФЛ, что необходимо учитывать в технологических приложениях. Формирование низкодефектного покрытия

пористого кремния при естественном окислении может быть применено для стабилизации его поверхности, что необходимо при создании надежных светоизлучающих структур на основе пористого кремния. Также в работе предложен количественный метод экспресс-диагностики качества поверхностного покрытия монокристаллического кремния. Исследование механизмов возбуждения и релаксации ионов Ег31' в матрице аморфного гидрогенизированного кремния, а также влияние кислорода на эффективность ФЛ, указывают направление дальнейших исследований на пути создания эффективных светоизлучающих приборов на основе аморфного кремния.

Апробация работы Материалы, вошедшие в диссертацию, опубликованы в работах [1-11] и докладывались на следующих конференциях: International Symposium "Nanostructure: Physics and Technology", St.Peterburg, Russia, 23-27 June 1997; International Conference "Porous Semiconductors: Science and Technology", Mallorca, Spain, 16-20 March 1998; 5lh International Conference on Nanometer scale Science and Technology, Birmingham, UK, 31 August-4 September 1998; E-MRS-99, Strasbourg, France, 1-4 June 1999, Международная конференция для молодых ученых «Оптика-99», Снкт.-Петербург, Россия, 1921 Октября 1999; International Conference "Porous Semiconductors: Science and Technology", Madrid, Spain, 12-17 March 2000.

Структура и объем работы Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и содержит 105 страницы текста, 5 таблиц, 49 рисунков и список цитируемой литературы из 105 наименований.

СОДЕЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, поставлены задачи исследования, а также дан анализ научной новизны полученных результатов и их практической ценности. Первая глава является обзором литературы.

В разделе 1.1 рассмотрены возможные пути создания светоизлучающих структур на основе кремния и обусловлен выбор изучаемых структур — пористый кремний (рог-81) и аморфный гидрогенизированный кремний, содержащий ионы Ег3+ (а-8Ш<Ег>).

Раздел 1.2 посвящен известным в литературе данным о получении, структуре и оптоэлектронным свойствам рог-Б^ В частности рассмотрены причины, ответственные за эффективную люминесценцию рог-Э^ а также влияние поверхностного покрытия на оптоэлектронные свойства рог-Бь

В разделе 1.3 анализируются свойства ионов Ег3+ в матрице кристаллического (с-Б!:Ег) и аморфного (а-8Ш<Ег>) кремния. В данном разделе также рассмотрены факторы, снижающие эффективность люминесценции ионов Ег3+ в с-81:Ег и возможное преодоление этих причин при внедрении ионов эрбия в матрицу аморфного кремния.

Раздел 1.4 посвящен некоторым особенностям взаимодействия лазерного излучения с полупроводниками. В частности проведена условная классификация интенсивности лазерного излучения по степени воздействия на полупроводник, и рассмотрены факторы, учет которых необходим при изучении релаксации электронного возбуждения в изучаемых объектах.

На основе анализа литературных данных в конце главы поставлены задачи настоящего исследования.

Во второй главе рассматривается методика эксперимента.

В разделе 2.1 описана процедура изготовления изучаемых объектов. В частности, образцы рог-31 формировались по стандартной методике посредством анодного травления монокристаллического кремния р-типа с удельным сопротивлением 1-10 П-см в электролите на основе плавиковой кислоты (ОТ). В состав электролита могли входить этиловый спирт (СгН5ОН), вода (НгО) и тяжелая вода (В20). В качестве анода использовался платиновый электрод. Электрический контакт катода с подложкой с-81 формировался путем нанесения на нее /«(7а пасты. Варьирование характеристик приготовляемых образцов (пористость, толщина) осуществлялось посредством изменения удельной концентрации кислоты (15-30%) и плотности тока (5-'120 мА/см2).

Используемые в экспериментах пленки a-Si:H<Er> были получены сораспылением мишеней Si и Ег с применением технологии разложения силана на постоянном токе в магнитном поле. Концентрация введенных атомов Ег и О, а также их концентрационные профили определялись методом масс-спектроскопии вторичных ионов на приборе IMS-4f Сатеса.

Состав поверхностного покрытия por-Si, а также содержание водорода в a-Si:H<Er> контролировалось методами ИК спектроскопии с использованием приборов Per kin-Elmer Spectrum RX I и Bruker IFS. Для наблюдения парамагнитных дефектов в обоих материалах применялся ЭПР спектрометр PS 100.Х.

Разделы 2.3 и 2.4 посвящены методике эксперимента по изучению релаксации электронного возбуждения. В частности, в разделе 2.3 описана регистрация спектров и кинетик фотолюминесценции (ФЛ). В разделе 2.4 рассмотрена методика измерения поглощения пробного ИК излучения на свободных носителях заряда (ПСН).

Регистрация динамики (ПСН) позволяет получить информацию о временах релаксации энергии, запасаемой в электронно-дырочной подсистеме полупроводника в процессе накачки. Сравнивая эти данные с характеристиками релаксации ФЛ, можно делать выводы о механизмах рекомбинации неравновесных носителей заряда.

В качестве накачки могло быть использовано: 1) излучение азотного лазера (Л.,=337 нм), работающего в импульсно-периодическом режиме с частотой следования импульсов v,=20-100 Гц при длительности каждого импульса -tf-lOnc и энергии Е,~10 мкДж\ 2) излучение лазера на парах меди (Л2~511 и Х3=587нм), работающего в импульсно периодическом режиме с частотой следования импульсов V2=12 кГц при длительности каждого импульса Tz~20 не и энергии Ег~25 мкДж\ 3) излучение непрерывного He-Ne лазера (Л4=632 S нм) с мощностью Р4-1-50 мВт. В качестве пробного излучения при регистрации сигнала ПСН применялась ИК линия генерации He-Ne лазера {15=-3.39 мкм, Р3~20мВт)

При проведении экспериментов в вакууме, изучаемые объекты помещались в измерительную ячейку (раздел 2.5), конструкция которой позволяла производить откачку до Ш7 Topp, напуск паров различных веществ, а также изменение температуры исследуемых образцов в диапазоне 5-600 К. В качестве адсорбантов были выбраны бензол, этанол и метанол, статические диэлектрические проницаемости которых равны 2.3, 24.3 и 32.6, соответственно.

Для лазерно-индуцированной модификации свойств приповерхностной области por-Si (раздел 2.6), использовалось излучение XeCI лазера (1=308 нм, z~25 не). Плотность энергии на образце могла доходить до 1 Дж/см2

Третья глава посвящена исследованию оптоэлектронных свойств пористого кремния.

В данной главе наряду с изучением оптоэлектронных свойств por-Si исследовались, в качестве отправной точки, люминесцентные свойства монокристаллического кремния (c-Si). В частности, в разделе 3.1 количественно проанализировано влияние состава поверхностного покрытия на межзонную ФЛ c-Si, и предложена методика экспресс-диагностики качества поверхности c-Si.

Раздел 3.2 посвящен сравнительному анализу оптоэлектронных свойств

por-Si с водородным (рог-Si:H) и оксидным поверхностным (por-Si:0) покрытием. В данном разделе, методами

одновременного измерения ФЛ и ПСН, показано, что сравниваемые объекты

характеризуются различными механизмами люминесценции. Как видно

1 25

^ 1 00 ч «и - | гЧН-ННН

г. 075 ж о С 0 50 5 £ О 0 7-5 ¥

50 100 150 200 250 300 350 Та..-о---..-а rv\

Рис 1 Сигнал ПСН для образцов por-Si Н (1) por-Si О (2). и

из рис.1, зависимости концентрации фотовозбужденных свободных носителей заряда от температуры различны для образцов с водородным и кислородным поверхностным покрытием. Если концентрация носителей заряда в por-Si:H почти экспоненциально возрастает с понижением температуры от 150 до 77 К, то в por-Si:0 она падает в том же интервале температур.

ФЛ образцов por-Si:H может быть объяснена в рамках модели, предполагающей наличие экситонов в наноструктурах por-Si при комнатной температуре. За ФЛ por-Si:0 ответственны электронные переходы в поверхностном оксиде.

Очевидно, что для изучения особенностей оптоэлектронных свойств собственных кремниевых нанокластеров нужно максимально ослабить вклад в излучательные процессы дополнительных источников, в частности, дефектов поверхностного оксида. Это удается сделать в свежеприготовленных образцах при проведении экспериментов в вакууме или инертных средах.

Именно в этих условиях и выполнялись все последующие эксперименты с por-Si, и для таких образцов была развита феноменологическая модель рекомбинации носителей заряда в por-Si (раздел 3.3). В рамках предлагаемой модели считается, что образец por-Si высокой пористости можно представить в виде системы кремниевых нитей достаточно малого поперечного сечения (1-5 нм). Далее предполагается, что в таких нитях уже при комнатной температуре фотовозбужденные носители образуют динамически связанные подсистемы экситонов и свободных электронов и дырок. Излучательная рекомбинация происходит при аннигиляции экситонов с характерным временем г„ безызлучательная рекомбинация реализуются только для свободных носителей на поверхностных центрах со средним временем жизни т„г. Данные, полученные для por-Si на основе измерений фотолюминесценции и поглощения на свободных носителях с временным разрешением, полностью удается объяснить в рамках предложенной модели. В частности, в полном согласии с выводами модели находятся температурные зависимости сигналов ФЛ и ПСН, а также зависимости амплитудных и временных характеристик указанных сигналов от диэлектрических свойств среды, окружающей квантовые нити пористого кремния.

В разделе 3.5 анализируется возможность управления характеристиками ФЛ посредством модификации поверхностного покрытия. Рассмотрены два возможных пути: модификация поверхностного покрытия при химических реакциях (на примере окисления por-Si :Н), и лазерно-индуцированная модификация при воздействии интенсивного излучения ХеС1 лазера. Обнаружено, что при естественном окислении por-Si, приготовленного в электролите на основе тяжелой воды, происходит увеличение эффективности ФЛ, обусловленное снижением концентрации безызлучательных дефектов на поверхности,jpor-Si. Данный эффект объяснен присутствием на поверхности свежеприготовленного por-Si локализованных SiDx комплексов. Эти комплексы являются затравочными центрами окисления поверхности por-Si. В результате чего происходит эффективное окисление "обратных" Si-Si связей и образование комплексов OySiHx.

При анализе лазерно-индуцированной модификации приповерхностной области наряду с образцами por-Si изучались образцы c-Si. Для Н-терминированной поверхности c-Si обнаружен эффект аннигиляции безызлучательных дефектов при облучении лазерными импульсами с плотностью энергии 0.25^0.5 Дж/см2. Указанный эффект интерпретирован как локальная поверхностная реконструкция, сопровождающаяся десорбцией атома водорода и ведущая к насыщению оборванных связей кремния.

Изучение воздействия интенсивного лазерного излучения на пористый кремний показало значительное снижение порога плавления (Wm) por-Si (Wm~ll мДж/см при пористости 82%) по сравнению с с- Si (ГУ„~750 мДж/см2). Причем численные расчеты порога плавления por-Si при использовании различных оптических и теплофизических параметров, имеющихся в литературе, дают завышенные значения Wm по сравнению с экспериментальными данными. Подобное рассогласование представляется неожиданным, ибо все полученные в литературе значения коэффициента теплопроводности por-Si измерялись при комнатной температуре. При повышении температуры можно ожидать лишь рост коэффициента теплопроводности, что привело бы к заниженному значению расчетной величины порога плавления. Причиной указанного расхождения может

являться снижение температуры плавления рог-Б1 по сравнению с температурой плавления монокристалла {Тт=1683 К). Понижение

температуры плавления пористого кремния вероятно связано с развитой поверхностью этого материала, что обуславливает наличие дополнительных степеней свободы тепловых колебаний поверхностных атомов.

В данном разделе также рассмотрена

обнаруженная аномальная устойчивость водородного покрытия рог^ к импульсному лазерному воздействию вплоть до плавления. Этот эффект проявляется в отсутствии деградации ФЛ при облучении рог-81 в допороговом режиме (рис.2). Такая низкая эффективность формирования дефектов при облучении рог-51 импульсным излучением достаточно необычна по сравнению с хорошо известной деградацией ФЛ рог-Б! при возбуждении непрерывным излучением. Возможным объяснением стабильности ФЛ является подавление десорбции водорода при облучении импульсным лазерным излучением в допороговом режиме. Однако, монокристаллический кремний при облучении в таком режиме теряет значительное количество поверхностного водорода. По-видимому, повышенная лучевая стойкость пористого кремния обусловлена структурой этого материала. Лазерное воздействие на рог^ безусловно индуцирует десорбцию водорода со стенок пор, однако малое сечение пор препятствует эффективному выходу водорода из образца. С учетом незначительного времени существования состояния с высокой температурой (-100 не), подавляющее число атомов водорода опять адсорбируется на стенки пор, тем самым пассивируя дефекты типа оборванных связей.

? 10 ж н О рог-Б) (р-82%)

о ® г; X К •

0.0

0 5 10 15 20 Плотность энергии (мДж/см)

Рис.2 Зависимость интенсивности ФЛpor-Si (82% пористости) после облучения лазерными импульсами различной энергии Порог плавления 11-12 мДж/см2

В четвертой главе исследовались механизмы передачи энергии электронного возбуждения от аморфной матрицы к ионам Ег3+.

В разделе 4.1 методами ЭПР спектроскопии показано, что внедрение в присутствии кислорода ионов эрбия в матрицу аморфного гидрогенизированного кремния ведет к формированию эрбиево-кислородо-дефектных комплексов. Причем энергетическое положение дефектного уровня зависит от соотношения концентраций эрбия и кислорода.

Экспериментальные исследования ФЛ (раздел 4.2) установили

корреляцию мелсду

интенсивностью эрбиевой ФЛ и концентрацией дефектов, входящих в состав эрбиевых комплексов (рис.3). Полученные данные согласуются с механизмом передачи энергии от аморфной матрицы ионам Ег3+, согласно которому, возбуждение ионов эрбия осуществляется за счет оже процесса при захвате электрона из зоны проводимости дефектом типа нейтральной оборванной связи кремния.

Температурные исследования характеристик ФЛ а-8кН<Ег> (раздел 4.3, 4.4) показали, незначительное увеличение эффективности ФЛ при понижении температуры от 300 до 5 К, обусловленное удлинением характерных времен релаксации от 20-30 мкс при Т=300 К до 40-60 мкс при Т=5 К (рис.4). Следует отметить, что время излучательной релаксации ионов Ег3+ в матрице а-БШ<Ег> существенно короче чем в с-БгЕг (~/ мс), и ФЛ образцов а-81:Н<Ег> в значительно меньшей степени подвержена 1 температурному гашению. Уменьшение эффективности ФЛ при повышении температуры объясняется

10' 10' 10' 10' Концентрация оборванных связей (отн.ед.)

Рис 3 Зависиглость интенсивности ФЛ от концентрации оборванных связей для образцов а-Н<Ег>.

наличием термоактивированного процесса девозбуждения, сопровождаемого обратной передачей энергии от

возбужденного иона эрбия аморфной

матрице. Однако, для некоторых образцов а-БШ<Ег> не

зафиксировано

температурного гашения в диапазоне температур 300-5 К, что указывает на подавление процесса девозбуждения.

На основе совокупности экспериментальных данных было установлено, что ключевым фактором, определяющим эффективность процесса девозбуждения является конфигурация эрбиево-кислородо-дефектных комплексов, которая, в свою очередь, определяется отношением концентраций эрбия и кислорода. С учетом этого, в разделе 4.5, предложена качественная модель возбуждения и девозбуждения ионов Ег3+ в матрице а-8Ш<Ег>. В основе модели возбуждения ионов Ег3+ в матрице аморфного гидрогенизированного кремния использован известный в литературе механизм оже-возбуждения при рекомбинации неравновесных носителей заряда на дефектных состояниях. В пользу такого механизма возбуждения свидетельствуют данные о корреляции эффективности ФЛ и концентрации дефектов, а также очень быстрые времена нарастания ФЛ (вставка на рис.4). Релаксация возбужденного иона эрбия может происходить как с испусканием фотона, так и с обратной передачей энергии носителю заряда. Соотношение эффективностей этих каналов, согласно экспериментальным данным, во многом определяется присутствием кислорода, входящего в состав светоизлучающих комплексов. Влияние кислорода может заключаться в

Время (мкс)

Рис.4 Характерные кинетики образцов а-8г.Н<Ег> при различных температурах. Точки — эксперимент, линии — аппроксимация по закону

изменении энергетического положения дефектного уровня, в результате чего для процесса девозбуждения иона эрбия необходима дополнительная энергия. Недостающая энергия может быть получена при поглощении фононов. Однако, по мере увеличения отстройки от резонанса, энергия активации процесса девозбуждения будет увеличиваться и этот процесс подавляется. Последнее может привести к независимости интенсивности ФЛ от температуры в диапазоне 300-5 К. Следует отметить, что процесс возбуждения ионов Ег3+ в этом случае, сопровождается эмиссией фононов и, следовательно, не зависит от температуры. Однако, увеличение отстройки от резонанса уменьшает вероятность оже возбуждения иона Ег3+ при захвате электрона из зоны проводимости на соответствующий дефектный уровень. В результате чего, начинают сказываться конкурирующие процессы захвата электрона — как излучательный, так и безызлучательный. Поэтому существует оптимальная отстройка от резонанса, определяемая оптимальным соотношением концентраций эрбия и кислорода

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Методами одновременной регистрации ФЛ и ИК поглощения на свободных носителях заряда установлены различные механизмы ФЛ рог-

с водородным и кислородным покрытием поверхности;

2. Предложена модель рекомбинационных процессов в рог-Б1 с водородным покрытием, предполагающая наличие в пористом кремнии подсистем свободных и связанных в экситоны неравновесных носителей заряда. Полученные экспериментальные данные полностью объяснимы в рамках указанной модели. В частности, в полном согласии с выводами модели находятся температурные зависимости сигналов ФЛ и ПСН, а также зависимости амплитудных и временных характеристик указанных сигналов от диэлектрических свойств среды, окружающей квантовые нити пористого кремния;

3. Обнаружен эффект аномального естественного окисления рог-Би приготовленного в электролите, содержащем тяжелую воду, в результате

которого происходит формирование низкодефектного поверхностного покрытия por-Si;

4. Предложена методика экспресс-диагностики дефектности поверхностного слоя монокристаллического кремния;

5. Обнаружен эффект аннигиляции поверхностных дефектов при лазерном облучении гидрогенизированной поверхности монокристаллического кремния в допороговом режиме;

6. Экспериментально показана аномальная устойчивость водородного покрытия пористого кремния к облучению интенсивным лазерным излучением;

7. Обнаружено снижение температуры плавления пористого кремния по сравнению с монокристаллическим кремнием;

8. Детально исследованы характеристики ФЛ ионов Ег3+ в матрице аморфного гидрогенизированного кремния в диапазоне температур 3005 К. Времена релаксации ФЛ при Т=5 К (40-60 мкс) указывают на более эффективный процесс излучательной рекомбинации ионов Ег3+ в а-Si:H<Er> по сравнению с c-Si:Er мс);

9. Обнаружена слабая температурная зависимость интенсивности и времени релаксации ФЛ a-Si:H<Er>, что свидетельствует о малой эффективности процессов девозбуждения ионов Ег3+ в a-Si:H<Er>;

10. Экспериментально показана корреляция интенсивности ФЛ и концентрации дефектов, типа оборванных связей кремния, для образцов a-Si:H<Er>;

11. Обнаружено, что внедрение кислорода в a-Si:H<Er> изменяет соотношение эффективностей процессов возбуждения и девозбуждения ионов Ег3+ и практически не влияет на излучательные характеристики ионов эрбия.

П VK "Т«^ л Т ТГЯГТЛ тт/л тел лгг ПТ/ГС^СРТ А т ÏTJTTJ XI J UjJLjrilV/'vi^JilJrA I »U A jL^XVlli 1 ПЦ* 1 JTi

1. V.Yu.Timoshenko, B.V.Kamenev, J.Rappich, Th.Dittrich //Optical Study of Silicon Nanostructure Evolution// Proceedings of the International

Symposium "Nanostructure: Physics and Technology", StPeterburg, Russia, 23-27 June 1997, p.463.

2. P.K.Kashkarov, B.V.Kamenev, E.A.Konstantinova, M.G.Lisachenko, A.V.Pavlikov, V.Yu.Timoshenko. //Effect of Dielectric Ambient and Temperature on Dynamics of Carrier Recombination in Porous Silicon Nanostructure// Materials of the International Conference "Porous Semiconductors: Science and Technology", Mallorca, Spain, 16-20 March 1998, p.158.

3. П.К.Кашкаров, Б.В.Каменев, Е.А.Константинова, А.И.Ефимова, А.В.Павликов, В.Ю.Тимошенко. //Динамика неравновесных носителей заряда в кремниевых квантовых нитях//Успехи Физических Наук, т. 168, №5, стр. 577-582 (1998)/

4. P.K.Kashkarov, B.V.Kamenev, E.A.Konstantinova, M.G.Lisachenko, A.V.Pavlikov, V.Yu.Timoshenko. //Surface Effect on Carrier Recombination in Nanostructures of Porous Silicon// 5th International Conference on Nanometer scale Science and Technology (NANO 5), Birmingham, UK, 31 August-4 September 1998. Book of Abstracts, p. 120.

1. Б.В.Каменев, В.Ю.Тимошенко. //Рекомбинация фотовозбужденных носителей заряда в наноструктурах пористого кремния с различным составом поверхности// Поверхность, т.11, стр.89-94 (1998)/ • 6. P.K.Kashkarov, E.A.Konstantinova, A.I.Efimova, B.V.Kamenev, M.G.Lisachenko, A.V.Pavlikov, V.Yu.Timoshenko. //Carrier Recombination in Silicon Quantum Wires Surrounded by Dielectric Medium// Phys. Low-Dim. Struct. 3/4, pp.191-203 (1999).

7. V.Yu.Timoshenko, M.G.Lisachenko, P.K.Kashkarov, E.A.Konstantinova, A.I.Efimova, B.V.Kamenev, A.V.Pavlikov. //Dynamic of Carrier Recombination in Silicon Quantum Wires Surrounded by Dielectric Medium// Proceedings of E-MRS-99, Strasbourg, France, 1-4 June 1999, p.I-44, I-III/P24.

1. Б.В.Каменев, Е.А.Константинова, В.Ю.Тимошенко, Е.И.Теруков //Явление разгорания и гашения фотолюминесценции ионов Ег3* в пленках a-Si:H// Международная конференция для молодых ученых

«Оптика-99», Снкт.-Петербург, Россия, 19-21 Октября 1999, Тезисы докладов, с.ЗЗ.

9. Б.В.Каменев, Е.А.Константинова, В.Ю.Тимошенко Л.Исследование пористого кремния, сформированного в дейтерированном электролите, методами фотолюминесценции, ИК- и ЭПР -спектроскопии// Международная конференция для молодых ученых «Оптика-99», Снкт.-Петербург, Россия, 19-21 Октября 1999, Тезисы докладов, с.157.

Ю.Е.И.Теруков, В.Х.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// Физика и техника полупроводников, т.34, вып. 1, стр.87-89 (2000).

11. V. Yu. Timoshenko, Th. Dittrich, I. Sieber, J. Rappich, В. V. Karnenev and P. K. Kashkarov I I Laser-Induced Melting of Porous Silicon// Materials of the International Conference "Porous Semiconductors: Science and Technology", Madrid, Spain, 12-17 March 2000, p.41.

ООП Физ. ф-та МГУ Зак.99-60-2000

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата физико-математических наук, Каменев, Борис Владимирович

Список часто используемых обозначений и сокращений

Введение

Гл.1 Обзор литературы

1.1 Основные виды светоизлучающих кремниевых структур

1.2 Структурные и оптоэлектронные свойства пористого кремния

1.2.1 Получение и структурные свойства

1.2.2 Теплофизические свойства

1.2.3 Оптоэлектронные свойства

1.3 Свойства ионов Ег3+ в кремниевой матрице

1.3.1 Ионы Ег3+ в матрице монокристаллического кремния

1.3.2 Ионы Ег3+ в матрице аморфного гидрогенизированного кремния

1.4 Процессы, происходящие при взаимодействии интенсивного лазерного излучения с полупроводниками

1.5 Выводы из обзора литературы и постановка задачи

Гп.2 Методика эксперимента

2.1 Подготовка образцов

2.1.1 Монокристаллический кремний

2.1.2 Пористый кремний

2.1.3 Аморфньш кремний

2.2 Регистрация ПК и ЭПР спектров

2.3 Измерение фотолюминесценции

2.4 Регистрация динамики поглощения на свободных носителях заряда

2.5 Измерительные ячейки

2.6 Облучение образцов мощными лазерными импульсами

Гп.З Исследование оптоэлектронных свойств пористого кремния

3.1 Влияние состава поверхностного покрытия на фотолюминесценцию монокристаллического кремния

3.2 Образцы пористого кремния

3.3 Влияние поверхностного покрытия пористого кремния на его оптоэлектронные свойства

3.4Рекомбинационные процессы в пористом кремнии

3.4.1 Модель

3.1.2 Температурные зависимости амплитуд сигналов фотолюминесценции и ИК поглощения на свободных носителях заряда

3.1.3 Временные зависимости сигналов фотолюминесценции и ИК поглощения на свободных носителях заряда

3.1.4 Влияние диэлектрических сред на амплитуды фотолюминесценции и ИК поглощения на свободных носителях заряда

3.1.5 Кинетики сигналов фотолюминесценции и ИК поглощения на свободных носителях заряда от пористого кремния в диэлектрической среде

3.5 Модификация оптоэлектронных свойств пористого кремния

3.5.1 Влияние дейтерия на процесс естественного окисления пористого кремния

3.5.2 Моделирование процессов нагрева и плавления полупроводников мощным лазерным излучением

3.5.3 Лазерно-индуцированное дефектообразование и плавление монокристаллического кремния

3.5.4 Лазерно-индуцированное дефектообразование и плавление пористого кремния

3.6 Выводы к главе

Гп.4 Процессы релаксации электронного возбуждения в аморфном гидрогенизированном кремнии, содержащем ионы Ег3*

4.1. Образцы а-БШ<Ег>

4.2. Корреляция фотолюминесценции с концентрацией «оборванных связей»

4.3. Влияние температуры на фотолюминесценцию а-81:Н<Ег>

4.4. Кинетики фотолюминесценции

4.5. Модель релаксации электронного возбуждения в аморфном гидрогенизированном кремнии, содержащем ионы Ег

4.6. Выводы к главе

Введение диссертация по физике, на тему "Оптоэлектронные свойства светоизлучающих кремниевых структур"

Актуальность проблемы. На сегодняшний день кремний является основным материалом полупроводниковой техники. Этот материал обладает запрещенной зоной (7.1 эВ) идеально подходящей для работы в диапазоне комнатных температур, и его оксид (8Ю2) характеризуется необходимой о технологической эластичностью для компоновки до 10 приборов в одной интегральной схеме [1]. Такой высокий уровень интеграции обуславливает высокоскоростную работу устройств, ограниченную только задержкой распространения сигнала в соединениях между устройствами. Существенное улучшение эффективности кремниевой электроники может быть достигнуто при использовании оптических коммуникаций.

Для увеличения эффективности люминесценции кремния предложены и активно разрабатываются несколько различных методов [1-3]. В одних модифицируется структура энергетических зон, в других, в кремниевую матрицу вводят ионы редкоземельных элементов, как активаторы люминесценции.

В данной работе в качестве основных объектов" исследования были выбраны: пористый кремний - как материал с модифицированной зонной структурой, характеризующийся достаточно эффективной фотолюминесценцией (ФЛ) в видимой области спектра; и аморфный гидрогенизированный кремний, содержащий трехвалентные ионы эрбия (Ег3+)

- как материал, обладающий люминесценцией на длине волны 1.54 мкм. В работе были поставлены следующие конкретные задачи.

2. Исследовать возможность управления характеристиками ФЛ пористого кремния;

3. Экспериментально изучить особенности ФЛ ионов Ег , внедренных в матрицу аморфного гидрогенизированного кремния;

4. Установить механизм передачи энергии электронного возбуждения от аморфной матрицы к ионам Ег3+.

Для решения поставленной задачи был привлечен комплекс современных экспериментальных методов, включающих регистрацию ФЛ и ИК поглощение на свободных носителях заряда с временным разрешением, ИК спектроскопию, радиоспектроскопию (ЭПР) и т.д. Данный комплекс методов позволял детальное изучение исследуемых структур. Так, например, одновременная регистрация сигналов ФЛ и ИК поглощения на свободных носителях заряда позволяет однозначно идентифицировать характер релаксации электронного возбуждения (излучательный или безызлучательный). Для модификации исследуемых объектов использовалось интенсивное излучение эксимерного лазера {]¥= 1^1000мДж/см2).

5. Проведено детальное исследование характеристик ФЛ аморфного

Гп з+ гидрогенизированного кремния, содержащего ионы Ег , в диапазоне температур 300-5 К\

Автор защищает.

2. Феноменологическую модель рекомбинации неравновесных носителей заряда в пористом кремнии;

3. Новую информацию о воздействии интенсивного лазерного излучения на пористый кремний;

4. Методику получения низко дефектного поверхностного покрытия пористого кремния при естественном окислении;

5. Новые данные о параметрах ФЛ ионов Ег3+ в матрице аморфного гидрогенизированного кремния;

6. Выводы о влиянии кислорода на ФЛ ионов Ег3+ в матрице аморфного гидрогенизированного кремния;

7. Качественную модель возбуждения и релаксации ионов Ег3+ в матрице аморфного гидрогенизированного кремния.

Практическая ценность. В работе изучены оптоэлектронные свойства светоизлучающих кремниевых структур различных типов. Полученные данные могут быть использованы при создании светоизлучающих приборов. Так, например, в пористом кремнии с водородным и кислородным покрытием принципиально различны механизмы ФЛ, что необходимо учитывать в технологических приложениях. Формирование низкодефектного покрытия пористого кремния при естественном окислении может быть применено для стабилизации его поверхности, что необходимо при создании надежных светоизлучающих структур на основе пористого кремния. Также в работе предложен количественный метод экспресс-диагностики качества поверхностного покрытия монокристаллического кремния. Изучение механизмов возбуждения и релаксации ионов Ег3+ в матрице аморфного гидрогенизированного кремния, а также влияние кислорода на эффективность ФЛ, указывают направление дальнейших исследований на пути создания эффективных светоизлучающих приборов на основе аморфного кремния.

Апробация работы. Материалы, вошедшие в диссертацию, опубликованы в работах [4-14] и докладывались на следующих конференциях: International Symposium "Nanostructure: Physics and Technology", St.Peterburg, Russia, 23-27 June 1997; International Conference "Porous Semiconductors: Science and Technology", Mallorca, Spain, 16-20 March 1998; 5th International Conference on Nanometer scale Science and Technology, Birmingham, UK, 31 August-4 September 1998; E-MRS-99, Strasbourg, France, 1-4 June 1999; Международная конференция для молодых ученых «Оптика-99», Снкт.-Петербург, Россия, 1921 Октября 1999; International Conference "Porous Semiconductors: Science and Technology", Madrid, Spain, 12-17 March 2000.

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения. В первой главе приведен обзор литературы, посвященный основным типам светоизлучающих кремниевых структур, и подробно рассмотрены характеристики изучаемых объектов. В этой главе также анализируются некоторые особенности взаимодействия лазерного излучения с полупроводниками. В конце первой главы сделаны выводы из обзора литературы и сформулирована постановка задач исследования. Во второй главе изложена методика эксперимента. Третья глава посвящена исследованию оптоэлектронных свойств пористого кремния. В четвертой главе экспериментально рассмотрены процессы возбуждения и релаксации ионов Ег3+, внедренных в матрицу аморфного гидрогенизированного кремния.

Заключение диссертации по теме "Физика полупроводников"

4.6. Выводы к главе 4

1. Детально исследованы характеристики ФЛ ионов Ег3+ в матрице аморфного гидрогенизированного кремния в диапазоне температур 3005 К. Времена релаксации ФЛ при Т=5 К (40-60 мкс) указывают на более

Заключение

В работе рассмотрены оптоэлектронные свойства кремниевых светоизлучающих структур различных типов. Были получены следующие основные результаты:

1. Методами одновременной регистрации ФЛ и ИК поглощения на свободных носителях заряда установлены различные механизмы ФЛ рогс водородным и кислородным покрытием;

2. Предложена модель рекомбинационных процессов в рог-81 с водородным покрытием, предполагающая наличие в пористом кремнии подсистем свободных и связанных в экситоны неравновесных носителей заряда. Полученные экспериментальные данные полностью объяснимы в рамках указанной модели. В частности, в полном согласии с выводами модели находятся температурные зависимости сигналов ФЛ и ПСН, а также зависимости амплитудных и временных характеристик указанных сигналов от диэлектрических свойств среды, окружающей квантовые нити пористого кремния;

3. Обнаружен эффект аномального естественного окисления рог-81, приготовленного в электролите, содержащем тяжелую воду, в результате которого происходит формирование низкодефектного поверхностного покрытия рог-8к

4. Предложена методика экспресс-диагностики дефектности поверхностного слоя монокристаллического кремния;

8. Детально исследованы характеристики ФЛ ионов Ег3+ в матрице аморфного гидрогенизированного кремния в диапазоне температур 300

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата физико-математических наук, Каменев, Борис Владимирович, Москва

1. L.C.Kimerling, K.D.Kolenbrander, J.Michel and J.Palm //Light Emission from Silicon!1.Solid State Phys., v.50, p.333 (1997).

2. S.S.Iyer and Y.H.Xie 11 Light Emission from SiliconII Science v.260, p.40 (1993).

3. D.J.Lockwood 11 Light Emission from Silicon!I Academic, Boston 1997.

4. V.Yu.Timoshenko, B.V.Kamenev, J.Rappich, Th.Dittrich //Optical Study of Silicon Nanostructure Evolution// Proceedings of the International Symposium "Nanostructure: Physics and Technology", St.Peterburg, Russia, 23-27 June 1997, p.463.

5. П.К.Кашкаров, Б.В.Каменев, Е.А.Константинова, А.И.Ефимова, А.В.Павликов, В.Ю.Тимошенко. //Динамика неравновесных носителей заряда в кремниевых квантовых нитях// Успехи Физических Наук, т.168, №5, стр. 577-582(1998)/

6. Б.В.Каменев, В.Ю.Тимошенко. //Рекомбинация фотовозбужденных носителей заряда в наноструктурах пористого кремния с различным составом поверхности// Поверхность, т.11, стр.89-94 (1998)/

7. P.K.Kashkarov, E.A.Konstantinova, A.I.Efimova, B.V.Kamenev, M.G.Lisachenko, A.V.Pavlikov, V.Yu.Timoshenko. //Carrier Recombination in Silicon Quantum Wires Surrounded by Dielectric Medium// Phys. Low-Dim. Struct. 3/4, pp. 191-203 (1999).

8. К.В.Шалимова /7 Физика полупроводников/7 Москва, Энергоатомиздат 1985 (392 с).

9. А.П.Силин //Полупроводниковые сверхрешетки!7 УФН, т.147, с.485 (1985).

10. R.People and S.A.Jeckson //Structurally Induced States from Strain and Confinement, in T.P.Pearsall (ed.), Strained Layer Super lattices// Physics, Academic Press, Boston, pp.119-174 (1990).

11. R.People and S.A.Jeckson //Indirect, Quasidirect, and Optical Transitions in the Pseudomorphic (4x4)-Monolayer Si-Ge Strained-Layer Superlattice on Si(001)// Phys.Rev., B36, p.1310 (1987).

12. L.Brey and C.Tejedor //New Optical Transition in Si-Ge Strained SuperlatticesH Phys.Rev.Lett., v.59, p. 1022.

13. J.Endvall, J.Olajos, H.G.Grimmeis, H.Presting, H.Kibbel, and E.Dasper //Electroluminescence at Room Temperature of a SimGen Strained-Layer SuperlatticeH Appl.Phys.Lett., v.63, p.491 (1993).

14. A.D.Yoffe //Low-Dimension System: Quantum Size Effects and Electronic Properties of Semiconductor Microcrystallites (zero-dimensional systems) and Some Quasi-Two-DimensionalSustems// Advan.Phys., v.42, p. 173.

15. В.А.Кульбачинский //Двумерные, одномерные, нульмерные структуры и сверхрешетки// Москва, физфак МЕУ (1998).

16. H.Takagi, H.Ogawa, Y.Yamazaki, A.Ishizaki and T.Nakagiri //Quantum Size Effects on Photoluminescence in Ultrafine Si Particles// Appl.Phys.Lett., v.56, p.2379 (1990).

17. S.Tong, X.N.Liu, L.C.Wang, F.Yan, and X.M.Bao HVisible Electroluminescence from Nanocrystallites of Silicon Films Prepared by Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition/7 Appl.Phys.Lett., v.69, p.596 (1996).

18. T.Toyama, T.Matsui, Y.Kurokawa, H.Okamoto, and Y.Hamakawa //Visible Photo- and Electroluminescence from Electrochemically Formed Nanocrystalline Si Thin Films!7 Appl.Phys.Lett., v.69, p. 1261 (1996).

19. L.T.Canham //Silicon Quantum Wire Array Fabrication by Electrochemical and Chemical Dissolution of Wafers// Appl.Phys.Lett., v.57, p. 1046 (1990).

20. G.H.Dieke //Spectra and Energy Levels of Rare Earth Ions in Crystals// Wiley, New York (1968).

21. G.Davies //The Optical Properties of Luminescence Centers in Silicon!7 Physics Reports, v.176, p.83 (1989).

22. H.Ennen, J.Schneider, G.Pomrenke, and A.Axmann //1.54-u.m Luminescence of Erbium-Implanted III-V Semiconductors and Silicon/7 Appl.Phys.Lett., v.43, p.943 (1983).

23. K.H.Jung, S.Shin, and D.L.Kwong. //Development in Luminescence PS// J.Electrochem.Soc. v.140, p.3046 ,(1993).

24. В.А.Лабунов, В.П.Бондаренко, В.Е.Борисенко /¡Получение, свойства и применение пористого кремния!I Зарубежная электронная техника, №15, с.З (1978).

25. A.G.Gullis, L.T.Canham, P.D.J.Calcott //The structural and luminescence properties of porous silicon!'! Appl. Phys. Lett., v.82, p.909 (1997).

26. M.I.J.Beale, J.D.Benjamin, M.J.Uren, N.G.Chew, and A.G.Cullis //An Experimental and Theoretical Study of the Formation and Microstructure of Porous Silicon!/ J.Crystal Growth, v.73, p.622 (1985).

27. V.Lehmann, U.Gosele I/Porous Silicon Formation: A quantum Wire Effect// Appl. Phys. Lett., v.58, no.8, pp.856 (1991).

28. М.С.Бресслер, И.Н.Яссиевич. // Физические свойства и фотолюминесценция ПК// ФТП, т.27, с.871, (1993).

29. T.Dittrich, J.Rappich, V.Yu.Timoshenko //Blocking Effect of Charge Transfer at the Porous Silicon/Silicon Interface!7 Appl.Phys.Lett., v.70, p.2705 (1997).

30. S.V.Bhat, K.Jayaram, D.Victor, S.Muthu, A.K.Sood //Electron paramagnetic resonance study of porous silicon!! Appl.Phys.Lett., v.60, p.2116 (1992).

31. Е.А.Константинова, В.Ю.Тимошенко, П.К.Кашкаров //Особенности спиновых центров на поверхности пористого кремния!! Поверхность. Физика, химия, механика, №2, с.32 (1996).

32. Z.Y.Xu, M.Gal, М.Gross UPhotoluminescence Studies on Porous Silicon!! Appl.Phys.Lett., v.60, p. 1375 (1992).

33. M.B.Robinson, A.C.Dillon, D.R.Haynes, S.M.George //Effect of thermal annealing and surface coverage on porous silicon photoluminescence!/ Appl.Phys.Lett., v.61, p. 1414.

34. Y.M.Weng, Z.N.Fang, X.F.Zong. IILuminescence Studies on PS// Appl.Phys.Lett, v.63, p. 168, (1993).

35. A.Nakajiama, T.Itakura. UPhotoluminescence of Porous Silicon, Oxidized and Deoxidized Chemically/7 Appl.Phys.Lett., v.61, p.46, (1992).

36. Y.Xiao, M.J.Heben. //Enhancement and Stabilization of Porous Silicon Photoluminescence by Oxygen Incorporation with a Remote-Plasma Treatment!7 Appl.Phys.Lett., v.62, p. 1152, (1993).

37. D.Mawhinney, J.Glass, Jr.,and T.Yates IIFTIR Study of the Oxidation of Porous Silicon/1 J.Phys.Chem., B101, 1202 (1997).

38. W.Fulkerson, J.P.Moore, R.K.Williams, R.S.Graves, and D.L.McElroy II Thermal Conductivity, Electrical Resistivity, and See beck Coefficient of Silicon from 100 to 1300 KH Phys.Rev., v.167, №3, p.765 (1968).

39. G.Benedetto, L.Boarino, and R.Spagnolo //Evaluation of Thermal Conductivity of Porous Silicon Layers by a Photoacoustic Method// Appl.Phys., A64, p. 155 (1997).

40. А.А.Углов, И.Ю.Смуров, В.А.Гребенников //Нагрев пористых материалов импульсным лазерным излучением// в сб. под ред. А.А.Углова «Физико-химические процессы обработки материалов концентрированными потоками энергии», Москва, Наука 1989, с.66.

41. Y.Kanemitsu. //Light Emission from p-Si and Related Materialsll Phys.Reports, v.263, p.l (1995).

42. Sanders G.D., Chuang Y.C. //Theory of Optical Properties of Quantum Wires in Porous Silicon!/ Phys. Rev. B45, no. 16, p.9202 (1992).

43. C.Delerue, G.Allan, and M.Lannoo //Theoretical Aspects of the Luminescence of Porous Silicon!! Phys.Rev. B48, p.l 1024 (1993).

44. Buda F., Kohanoff J., Parrinello M. IIOptical Properties of Porous Silicon: a First-Principles StudyII Phys. Rev. Lett., v.69, no.8, p.1272 (1992).

45. P.Maly // // Phys.Rev. B54, p.7929 (1996).

46. K.L.Shaklee, and R.E.Nahori // // Phys.Rev.Lett., v.24, p.942 (1970).

47. M.S.Brandt, H.D.Fuchs, M.Stutzmann, J.Weber, and M.Cardona HThe Origin of Visible Luminescence from "Porous Silicon": A New Interpretation!7 Sol. St. Comm., v.81,p.307 (1992).

48. W.E.Carlos, and S.M.Prokes /7Oxygen-associated defects near Si-Si02 interfaces in porous Si and their role in photoluminescence!I J. Vac. Sci.Technol., B13, p.1653 (1995).

49. F.Koch IIModel and Mechanisms for the Luminescence of Porous Sill Mat. Res. Symp. Proc., v.298, p.319 (1993).

50. F.Priolo, G.Franzo, S.Coffa, A.Polman, S.Libertino, R.Barklie and D.Carey IIThe Erbium-Impurity Interaction and its Effects on the 1.54 ¡лт Luminescence of Er3+ in Crystalline Silicon!I Appl.Phys., v.78, p.3874 (1995).

51. A.Terrasi, F.Priolo, G.Franzo, S.Coffa, F.D'Acapito, and S.Mobilio HEXAFS Analysis of Er Sites in Er-0 and Er-F co-Doped Crystalline Sill J. Luminescence, v.80, p.363 (1999).

52. J.D.Carey, R.C.Barklie, J.F.Donegan, F.Priolo, G.Franzo, and S.Coffa IIEPR Study of Erbium-Impurity Complexes in Silicon!I J. Luminescence, v.80, p.297 (1999).

53. W.Jantsch, S.Lanzerstorfer, L.Palmetshofer, M.Stepekhova, H.Preier //Different Er Centres in Si and Their Use for Electroluminescent Devices/! J. Luminescence, v.80, p.9 (1999).

54. S.Coffa, F.Priolo, G.Franzo, V.Bellani, A.Camera, and C.Spinella // // Phys.Rev. B48, p.l 1782 (1993).

55. D.L.Adler, D.C.Jacobson, D.J.Eaglesham, M.A.Marcus, J.L.Benton, J.M.Poate, and P.H.Citrin // // Appl.Phys.Lett., v.61, p.2182 (1992).

56. H.Przybylinska, W.Jantsch, Yu.Suprun-Belevitch, M.Stepikhova, L.Palmetshofer, G.Hendorfer, A.Kozanecki. R.J.Wilson, and B.J.Sealy // // Phys.Rev. B54, p.2532 (1996).

57. W.Jantsch, S.Lanzerstorfer, M.Stepikhova, H.Preier, L.Palmetshofer. Solid State Phenomena, v.69-70, p.53 (1999).

58. I.N.Yassievich, L.C.Kimerling // // Semicond. Sci. Technol., v.8, p.718 (1993).

59. W.Fuhs, I.Ulber, G.Weiser, M.S.Bresler, O.B.Gusev, A.N.Kuznetsov, V.Kh.Kudoyarova, E.I.Terukov, and I.N.Yassievich //Excitation and Temperature Quenching of Er-Induced Luminescence in a-Si:H<Er>II Phys.Rev. B56, p.9545 (1997).

60. М.С.Бреслер, Т.Грегоркевич, О.Б.Гусев, Н.А.Соболев, Е.И.Теруков, И.Н.Яссиевич, Б.П.Захарченя //Механизмы возбуждения итемпературного гашения люминесценции ионов эрбия в кристаллическом и аморфном кремнии/7 ФТТ, т.41, с.851 (1999).

61. Yassievich, M.Bresler, and O.Gusev //Defect-Related Auger Excitation of Erbium Ions in Amorphous Silicon// J. Non-Crystall. Sol., v.226, p. 192 (1998).

62. Н.И.Коротеев, И.Л.Шумай //Физика мощного лазерного излучения/7 Москва, Наука 1991 (312 е.).

63. M.I.Gallant and Н.М. van Driel //Infrared Reflectivity Probing of Thermal and Spatial Properties of Laser-Generated Carriers in Germanium!7 Phys.Rev. B26, p.2133 (1982).

64. E.Yablonovich, D.L.Alara, C.C.Chang, T.Gmitter, and T.B.Bright // // Phys.Rev.Lett., v.57, p.249 (1986).

65. L.C.Kimerling, K.D.Kolenbrander, J.Michel, J.Palm in "Solid State Physics. Advances in Research and Applications". Eds. by H.Ehrenreich and F.Spaepen, Academic Press, New York, 1997, v.50, p.333.

66. V.Griviskas and J.Linnros IIFree-Carrier Absorbtion and Luminescence Decay of Porous Silicon II Thin Sol. Films, v.255, p.70 (1995).

67. П.К.Кашкаров, В.Ю.Тимошенко I¡Механизмы влияния адсорбции молекул на рекомбинационные процессы в пористом кремнии // ФТП, т.ЗО, с. 1479 (1996).

68. G.C.John, and V.A.Singh // // Phys. Rep., v.263, p.93 (1995).

69. I.N.Yassievich IIRecombination-Induced Defect Heating and Related Phenomenal I Semicond. Sci. Technol., v.9, p.1433 (1994).

70. И.К.Кикоин ! ¡Таблицы физических величин!! Москва, Атомиздат 1976.

71. Е.А.Андрюшкин, А.П.Силин // // ФТТ, т.35, с.1947 (1993).

72. T.Matsumoto, Y.Masumoto, S.Nakashima, and N.Koshida // // Thin Sol. Films, v.297, p.31 (1997).

73. W.Theip 11 Optical Properties of Porous Silicon!I Surf.Sci.Rep., v.29, p.91 (1997).

74. R.C.Weast (ed.) 11 Handbook of Chemistry and Physics! I CRC Press Inc., Florida 1988-89.

75. Д.Н.Еорячев, Е.Полисский, О.М.Среселли !/Особенности взаимодействия пористого кремния с тяжелой водой// ФТП, т.32, с. 1016 (1998).

76. A.Borghesi, G.Guizzetti, A.Sassella, O.Bisi, L.Pavesi //Induction-Model Analysis of Si-H Stretching Mode in Porous Silicon!/ Sol.St.Com., v.89, p.615 (1994).

77. А.Е.Свешников, А.Н.Боголюбов, В.В.Кравцов !/Лекции по математической физике!! Москва, МЕУ 1993 (352 е.).

78. А.А.Самарский //Теорияразностных схем// Москва, Наука 1989 (616 е.).

79. J.R.Meyer, M.R.Kruer, and F.J.Bartoli //Optical Heating in Semiconductors: Laser Damage in Ge, Si, InSb, and GaAsH J.Appl.Phys., v.51, p.5513 (1980).

80. G. Greenfield and J.R.Demos //Thermal Conductivity of Silicon and Germanium from 3 К to the Melting// Phys.Rev., v.134, №4A, p.A1058.

81. A.N.Obraztsov, H.Okushi, H.Watanabe, and V.Yu.Timoshenko //Optical Absorption in Porous Silicon Studied by Photoacoustic Spectroscopy// Phys. Stat. Sol. (b), v.203, p.565 (1997).

82. A.Cruz-Orea, I.Delgadillo, H.Vargas, A.Gudini-Martinez, E.Marin, C.Vazquez-Lopez, A.Calderon, and J.J.Alvarado-Gil //Photoacoustic Thermal Characterization of Spark-Processed Porous Silicon/7 Appl.Phys., v.79, p.8951 (1996).

83. V.Lysenko, S.Perichon, B.Remaki, R.Barbier, B.Champagnon //Thermal Conductivity of Thick meso-Porous Silicon Layers by micro-Raman Scattering!7 Appl.Phys., v.86, p.6841 (1999).

84. A.Pusel, U.Watterauer, and P.Hess ПPhotochemical Hydrogen Desorption from H-Terminated Silicon (111) by VUV PhotonsII Phys.Rev.Lett., v.81, p.645 (1998).

85. V.I.Emel'yanov and P.K.Kashkarov /(Laser Induced Defect Formation in Semiconductors// Appl.Phys., A55, p. 161 (1994).

86. J.J.Boland // // Phys.Rev., B44, p.1383 (1991).

87. C.G.Van de Walle // // Phys.Rev., B49, p.4579 (1994).

88. P.K.Kashkarov, V.Yu.Timoshenko, N.G.Chechenin, A.N.Obraztsov //Laser-Induced Defect Formation and Phase Transition in III-V Compounds!/ Laser Phys.,v.2, p.790 (1992).

89. L.A.Golovan, B.V.Markov, V.Yu.Timoshenko, P.K.Kashkarov /IEvaporation Effect on Laser Induced Solid-Liquid Phase Transition in CdTe and HgCdTeH Sol.St.Com., v.108, p.707 (1998).

90. S.L.Lai, J.Y.Guo, V.Petrova, G.Ramanath, L.H.Allen //Size-Dependent Melting Properties of Small Tin Particles: Nanocalorimetric Measurements// Phys.Rev.Lett., v.77, p.99 (1996).

91. М.Бродски //Аморфные полупроводники// Москва, Мир 1982.

92. В.С.Вавилов, В.Ф.Киселев, Б.Н.Мукашев //Дефекты в кремнии и на его поверхности// Москва, Наука 1990.

93. N.A.Sobolev, Yu.A.Nikolaev, A.M.Emel'yanov, K.F.Shtel'makh, P.E.Khakuashev, M.A.Trishenkov //Excitation Cross-Section and Lifetime of the Excited State of Erbium Ions in Avalanching Light-Emitting Si:Er:0 Diodes!1 J. Luminescence, v.80, p.315 (1999).

94. A.Cavallini, B.Fraboni, S.Pizzini, S.Binetti, L.Lazzarini, G.Salviati //Electrical and Optical Analyses of Er-Doped Silicon Grown by Liquid-Phase Epitaxy!/ J.Luminescence, v.80, p.343 (1999).