Полупроводниковые гетероструктуры с Ge/Si квантовыми точками для излучающих приборов на основе кремния тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.10 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. А.Ф.ИОФФЕ

На правах рукописи

ТОНКИХ Александр Александрович

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ГЕТЕРОСТРУКТУРЫ С Ge/Si КВАНТОВЫМИ ТОЧКАМИ ДЛЯ ИЗЛУЧАЮЩИХ ПРИБОРОВ НА ОСНОВЕ КРЕМНИЯ

специальность 01.04.10 - физика полупроводников

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 2005

Работа выполнена в Физико-техническом институте им. А.Ф.Иоффе Российской Академии Наук.

Научный руководитель.

доктор физико-математических наук

В.М.УСТИНОВ

Официальные оппоненты: д.ф.-м.н. Иванов Сергей Викторович д.ф.-м.н. Воробьев Леонид Евгеньевич

Ведущая организация

Институт Физики Микроструктур РАН

Защита диссертации состою ся «#» июня 2005г. в ■/£ часов на заседании

специализированною совета К002.205.02 при Физико-техническом институте им. А.Ф.Иоффе РАН по адресу: 194021, Санкт-Петербург, Политехническая ул.26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные печатью, просим направлять по вышеуказанному адресу ученому секретарю специализированного совета.

Автореферат разослан 2005 г.

Ученый секретарь специализированного совета

кандидат физико-математических наук

1&НЪ

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Одним из основных направлений современной физики полупроводников являются исследования в области низкорачмерных гетероструктур (квантовых ям, квантовых проволок, квантовых точек) [1], то есть гетероструктур, в которых проявляются квантоворазмерные эффекты. Спектр исследований, ведущихся в данном направлении, охватывает фундаментальные аспекты физических явлений, проявляющихся в низкоразмерных структурах, а также возможности применения наноструктур в полупроводниковых приборах (инжекционных лазерах, транзисторах, туннельных диодах и т.д.) [2]. Значительный интерес связан с особенностями технологии формирования низкоразмерных гетероструктур (наноструктур), и исследованием влияния параметров технологического процесса на физические свойства получаемых наноструктур. Исследования по созданию эффективных излучателей на основе кремния с токовой накачкой являются одним из таких направлений, которое расположено на стыке фундаментальной и прикладной физики полупроводников. Кремний занимает ведущее место в технологии микроэлектронных элементов, однако его применение в оптоэлектроннке в активных излучающих устройствах ограничено. Трудности при использовании кремния в качестве активного излучателя света связаны с физической природой структуры его энергетических зон, в которых максимум валентной зоны и минимум зоны проводимости расположены в разных точках обратного пространства. Такую структуру зон называют непрямой, поскольку прямая рекомбинация электронно-дырочных пар без участия третьей частицы (например, ТО-фонона) запрещена законом сохранения импульса. Следствием непрямой структуры энергетических зон являются большие времена излучательной рекомбинации (~ 10'3с), и низкая эффективность излучения Si светодиодов. В настоящее время широко применяются эпитаксиальные технологии выращивания кванюворазмерных гетерострук!ур, использование которых обладает рядом преимуществ по сравнению с использованием объемных гетероструктур. Во многом это связано с тем, что в квантоворазмерных объектах существенно модифицируется электронная зонная структура исходных материалов. Формирование наноструктур в матрице кремния возможно осуществить эпитаксиальными методами при использовании в качестве гетеропары германия. Несмотря на то, что германий, как и кремний, обладает непрямой структурой энергетических зон, и гетеропереход Ge/Si - второго типа, нановключения Ge могут формировать гетеропереход I-типа. Такая ситуация характерна для Ge смачивающего слоя [3], остающегося на поверхности после образования Ge квантовых точек (КТ). Кроме того, возможно возникновение "прямозонпости" в аря нарушению

трансляционной симметрии [4] Установлено [5J, что времена излучательной рекомбинации экситонов в Ge КТ составляют величины -Змкс, что существенно меньше аналогичных величин и в объемном кремнии, и в объемном германии Однако применение Ge КТ в излучающих приборах обнаруживает проблему малой энергии активации экситона в Ge КТ, сравнимую с величиной тепловой энергии при 300К [6], что приводит к слабой интенсивности излучательной рекомбинации экситонов в КТ при комнатной температуре. Тем не менее, квантоворазмериые включения Ge в матрицу Si, перспективны с точки зрения создания на их основе оптоэлектронных приборов, и при соблюдении ряда условий позволят существенно увеличить эффективность излучательной рекомбинации в структурах на их основе, в том числе при комнатной температуре.

Целью настоящей работы являлась разработка новых методик выращивания и подходов для создания воспроизводимой технологии на основе молекулярно-пучковой эпитаксии полупроводниковых гетероструктур Ge/Si, в том числе многослойных, для их применения в качестве элементной базы оптоэлектронных приборов на основе кремния.

Для достижения поставленной цели в ходе работы решались следующие основные задачи:

- исследовались закономерности образования нанометровых островков Ge на поверхности Si(100) при молекулярно-пучковой эпитаксии (МПЭ);

- исследовалось влияния сурьмы на закономерности эпигаксиального роста гетероструктур Ge/Si в режиме Странски-Крастанова;

- исследовались особенности гетероэпитаксиального роста многослойных структур Ge/Si при селективном легировании Sb;

- исследовалось влияние технологических факторов при росте многослойных структур Ge(Sb)/S¡ на их структурные и оптические свойства;

- проводилась оптимизация ростовых параметров многослойных гетероструктур Ge(Sb)/Si с целью получения диодных структур с максимальной эффективностью;

- исследовались электролюминесцентные свойства диодных структур на основе многослойных Ge(Sb)/Si гетероструктур.

На защиту выносятся следующие положения.

1 В рамках кинетической модели формирования когерентных островков в системах, рассогласованных по параметру решетки, предложено теоретическое объяснение закономерностей эпитаксиальнО'го роста Ge квантовых точек на поверхности Si(100)

2 На пачальных стадиях гетероэпитаксии Ge на поверхности Si(100) в присутствии на поверхности сурьмы образуется однородный по форме и размерам массив пирамидальных островков с квадратными основаниями.

3. Теоретически предсказано и экспериментально подтверждено, что образование Ge островков характеризуется пороговым значением потока Sb, ниже которого плотность островков возрастает, а выше - резко уменьшается

4. Рост многослойных структур Ge/Si при селективном легировании сурьмой сопровождается образованием бездефектных колонок вертикально совмещенных Ge квантовых точек, которые являются ценграми излучательной рекомбинации носителей заряда.

5. Оптимальные режимы роста многослойных гетероструктур Ge/Si, помещенных в область р-n перехода кремния, позволяют получить интенсивную электролюминесценцию в непрерывном режиме при комнатной температуре в диапазоне длин волн 1.4-1,7мкм.

Научная новизна и практическая значимость работы заключается в том, что в ней в рамках кинетической теории установлены количественные зависимости между управляющими параметрами МПЭ роста (температурой подложки, скоростью осаждения Ge, эффективной толщиной эпитаксиальной пленки Ge) и параметрами массива Ge/Si(100) hut островков (поверхностной плотностью и средним размером). Впервые проведено комплексное исследование процесса гетероэпитаксии Ge на поверхности Si в присутствии Sb, которое показало, что в присутствии Sb увеличивается однородность по форме и размерам среди Ge КТ, а также повышается плотность массива Ge КТ. При этом установлено, что формирование островков Ge в зависимости от потока Sb имеет пороговый характер. Впервые проведено систематическое исследование влияпия ростовых параметров на структурные и оптические свойства многослойных гетеросгруктур Ge/Si, полученных при селективном легировании Sb. Синтезированные многослойные Ge/Si гетероструктуры демонстрируют интенсивную фотолюминесценцию в диапазоне 1 3-1.8мкм при комнатной температуре. Установлено, что источниками излучательной рекомбинации электронно-дырочных пар являются колонки вертикально совмещенных Ge квантовых точек, при этом времена излучательной рекомбинации составляют ~01мкс при 10К. Впервые продемонстрирована электролюминесценция при комнатной температуре и непрерывной токовой накачке из многослойных гетероструктур Ge/Si с КТ, выращенных на подложке кремния на длинах волн 1 4-1.7мкм, величина эффективности внешнего квантового выхода составила не менее 0.04%,

Апробация работы Основные результаты работы докладывались на 11 и 12 Международных симпозиумах "Наноструктуры Физика и Технолошя" (Санкт-Петербур!, 2003, 2004)- IV Российской конференции по физике полупроводников (Санкт-Петербург,

2003); Конференции европейского общества исследования материалов (Страсбург 2003), Конференции по Электронной Микроскопии (Дрезден 2003); 7 Международной Конференции по внутрнзонным переходам в квантовых ямах (Эвольлин, Швейцария 2003), Конференции "Нанофотоника 2004" (Нижний-Новгород 2004), 4 Международной конференции по Передовым Оптическим Материалам и Устройствам, (Тарту, Эстония

2004); Всероссийском совещании «Кремний-2004» (Иркутск 2004); Симпозиуме "Нанофизика и Паноэлектроника" (Нижний-Новгород, 2005).

Публикации Основные результаты диссертации опубликованы в 20 печатных работах (в том числе 10 в научных журналах и 10 в материалах конференций)

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 118 страниц основною текста, включая 19 рисунков, 8 таблиц и список литературы из 73 наименонаний.

Содержание работы.

Во введении обоснована актуальность темы, определен объект исследования, сформулирована /[ель работы, задачи, которые необходимо решить, исходя из цели работы, изложены основные положения, выносимые на защиту

Первая глава носит обзорный характер В ней рассмотрены основные подходы к реализации светоизлучающих структур на основе кремния В параграфе 1.1 рассмотрены особенности электролюминесценции монокрис 1аллического кремния, а также приведена оптимизированная конфигурация светоизлучающей диодной структуры, обладающей наибольшей величиной внешнего квантового выхода В параграфе 1 2 приводятся результаты работ по прямоюнным соединениям АЗВ5, выращенным на мешморфных переходных слоях на подложке В пара/рафе 1 3 обсуждается вопрос о легировании кремния атомами редкоземельных элементов, в частности, аюмами эрбия. В параграфе 1 4 рассмотрено применение нанокристаллитов кремния в матрице оксида кремния В параграфе 1.5 рассмотрены гетероструктуры Ое81, включая каскадные, а также структуры с квантовыми точками

Во второй главе проведено описание экспериментальных методик получения и исследования гетероструктур, использованных в данной работе В параграфе 2.1 описаны особенности технологии МНЭ кремния В параграфе 2.2 кратко описана установка МПЭ Riber Siva 45, на которой были выращены все структуры, исследованные в рамках данной работы. В параграфе 2 3 изложены особенности предростовой подготовки Si подложек В параграфе 2.4 описаны условия проведения ростовых экспериментов В параграфе 2 5 описаны установка и методика проведения измерений методом атомно-силовой микроскопии (АСМ) Метод АСМ использовался для исследований массивов Ge островков выращенных на поверхности Si(100), в том числе с добавлением Sb В параграфе 2 6 описана установка магнетроиного напыления, использовавшаяся для формирования металлических контактов к диодным структурам В параграфе 2.7 описаны особенности проведения фото- и электролюминссцентных измерений.

Третья глава посвящена исследованию особенностей массивов Ge островков, сформированных на поверхности Si, в том числе в присутствии Sb. Целью данной части исследований было определить характер влияния Sb при росте многослойных селективно легированных структур с Ge KT на примере однослойных структур. Для этого, в частности, исследовался рост Ge/Si островков без добавления Sb. В параграфе 3.1 приводятся результаты АСМ исследований массивов Ge островков на поверхности Si(100). Показано, что образование hut- островков Ge может быть описано в рамках кинетической теории [7] формирования островков в системах, рассогласованных по параметру решетки. При увеличении температуры подложки от 420 до 500°С плотность hut- островков снижается, а средний размер основания растет, при этом количественные измерения параметров островков хорошо согласуются с теоретически рассчитанными величинами. При дальнейшем увеличении температуры роста, до 550 и 600°С наблюдается переход от hut-фазы к dome-фазе для Ge островков, подробно описанный в литературе [8] В наших исследованиях массив островков, сформированный на температуре 550°С, характеризовался бимодальным распределением, в нем присутствовали и hut, и dome островки. Германий, осажденный при 600°С, формировал лишь dome- островки Параграф 3.2 посвящен описанию свойств массивов Ge островков, выращенных в потоке Sb. На рис 1а,Ь представлены АСМ изображения участков поверхности Si(100) с Ge(Sb) островками. Основные отличия роста Ge(Sb)/Si(100) островков по сравнению с Ge/Si(100) островками заключаются в следующем. Во-первых, при добавлении Sb значительно (до 2.5 раз) возрастает плотность островков Во-вторых, исчезает бимодальное распределение островков по форме, а именно: пропадают "dome''-островки и "hut''-островки с

прямоугольным основанием В итоге массив островков представлен лишь пирамидальными островками с квадратным основанием В-третьих, сужается дисперсия размеров островков в массиве, а также, в некоторых случаях, наблюдается упорядочение островков по кристаллографическим направлениям [100] и [010]

Рис 1 АСМ изображения участков поверхности с Ge КТ, сформированными на поверхности Si(100) с добавлением Sb при скорости осаждения Ge 0 002нм/с и температурах подложки: а)550°С, Ь) 600°Г

Важным этапом исследования было определить как влияе! температура роста на параметры массива Ge(Sb)/Si островков В параграфе 3 3 приведены результаты данного исследования На рис 2а приведены экспериментально измеренные величины плотности и среднего размера Ge(Sb)/Si островков, выращенных при температурах подложки 550-700°С Скорость осаждения Ge и эффективная толщина слоя Ge для всех образцов данной серии были 0 02нм/с и 0.8нм, соответственно Следует отметить, что Ge(Sb) островки во всем диапазоне температур представляли собой пирамидальные кластеры с квадратным основанием, то есть массив островков был однороден по структуре Кроме юго, зависимости основных характеристик массива GefSb) островков, а именно, плотности и среднего размера основания от температуры роста, качественно схожи с поведением массива hut- кластеров, и также могут бьпь описаны в рамках кинетической теории Открытым остается лишь вопрос об учете в таяния Sb на процесс роста Ос островков В параграфе 3 4 исследуется влияние потока Sb на свойства массива Ge(Sb) островков, и далее в параграфе 3 5 обсуждается вопрос кинетики формирования GefSb) остронкоя Приведем кратко основные положения кинетической теории Согласно классической теории нуклеации Беккера-Деринга-Зельдовича-Френкеля зарождение островков происходит за

счет флуктуационного преодоления зародышами активационного барьера нуклеации. Наличие барьера связано с конкуренцией энергетически выгодного процесса перехода частиц из метастабильной в стабильную фазу (конденсации) и энергетически невыгодно! о

Е

п

в в

8.

§

м |

Температура подложки

440 450 «О 470 4» 4М 800 910 320 вМ 5*0 б«

Температура источника 5Ь рС]

Рис 2.а Экспериментальные зависимости Рис 2.Ь Экспериментальные зависимости

среднего размера и плотности для Ое(БЬ) среднего размера и плотности Ое(8Ь)

островков в зависимости от температуры островков от температуры источника 8Ь. поверхности подложки.

процесса образования поверхности или границы островка В результате, свободная энергия образования зародыша как функция числа частиц в нем имеет максимум при определенном размере. Этот максимум и есть активационный барьер нуклеации. В рамках модели [7] энергетически выгодным процессом является релаксация упругих напряжений в смачивающем слое за счет образования островков, а минимальный активационный барьер достигается при критической толщине смачивающего слоя к-}\с. При этом поверхностная плотность островков N зависит от температуры и скорости осаждения как

3

Здесь <2~ К'ехрС-Е/кцТ) - безразмерный кинетический параметр, имеющий смысл отношения характерных времен осаждения вещества на поверхность и рост когерентных островков из атомов смачивающего слоя. V - скорость осаждения вещества, измеряемая в единицах монослоя; кв - постоянная Ьольцмана: Т - температура подложки; Е* -активационный барьер диффузии атомов из смачивающего слоя в островок, стимулированной упругими напряжениями. Согласно (I), поверхностная плотность

островков возрастает при уменьшении скорости диффузионных процессов (увеличении активационного барьера диффузии При ()~е плотность достигает максимума, а потом резко падает Это объясняется тем, что при достижении некоторого порогового значения Е,1 происходит срыв нуклеации островков в гетероэпитаксиальной системе Величина определяется состоянием поверхности при нуклеации островков, и, в частности, зависит от наличия ичи отсутствия на ней поверхностно активных примесей Именно такой примесью является ЯЬ, которая, как показывает сопоставление экспериментальных результатов данной работы с кинетической теорией, приводит к увеличению барьера диффузии для атомов Еа и, следовательно, подавляет диффузию На рис 2 Ь приведены зависимости плотное г и и среднего размера Сте(8Ь) островков от температуры источника ЯЬ Из рисунка видно, что при увеличении температуры источника вЬ, а, следовательно, и концентрации ЯЬ на поверхности сверх некоторого порогово1 о значения образования островков не наблюдается При этом на поверхности формируются мезаскопические кластеры с малой плотностью и высотой <1нм. В области до порога контролируемое изменение потока 8Ь приводит к контролируемому изменению параметров массива Ое(8Ь) островков и предоставляет дополнительную степень свободы при формировании Ое(БЬ)/81 островков

В четвертой главе приведены результаты исследований многослойных селективно легированных гетероструктур Ое(8Ь)Лм В параграфе 4 1 подробно описаны серии экспериментальных образцов, составляющие содержание семи таблиц. В параграфе 4.2 приведены результаты исследования методом просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) структурных свойств многослойных гетероструктур

Рис 3. ПЭМ изображения поперечного сечения многослойных Ge/Si гетероструктур при условии а) селективного легирования Sb; b) отсутствия легирования Sb

На рис 3 представлены типичные изображения двадцатипериодных Ge/Si структур Па изображениях слои Ge более темные Эффективные толщины слоев Ge близки к

критическим толщинам образования Ge островков и составлял t 0.7-0 9нм В структурах, содержащих Sb, легированию подвергались 1-2нм прослойки Si между слоями Ge KT Средняя концентрация Sb по данным вторичной ионной масс спектромегрии составляла ~5 10,6см"3. Выделим основные огличия, наблюдаемые в струю урах легированных образцов по сравнению с нелегированными Во-первых, в легированных образцах формируются бездефектные колонки вертикально совмещенных Ge квантовых точек (ВСКТ). Размеры ВСКТ колонок в плоскости роста составляют величины ~50-100нм, при этом средняя высота Ge KT B~3-5nm. Во-вторых, размеры в плоскости для KT верхних слоев не увеличиваются В-третьих, при количестве периодов в структуре N>5 покрывающий слой Si оставляет поверхность шероховатой, рельеф образованный Ge ВСКТ наблюдается и на ГТЭМ изображениях поперечного сечения, и на ПЭМ изображениях plan-view, и на картинах дифракции быстрых электронов на отражение in situ В-четвертых, толщина прослойки кремния между слоями Ge KT в легированных структурах примерно равна толщине прослойки кремния между соседними смачивающими слоями Ge, в то время как для нелегированной структуры это равенство не выполняется даже приближенно. Легированные многослойные гетероструктуры метастабильны и частичная релаксация упругих напряжений в них идет за счет образования поверхностного рельефа Исследование легированных структур, подвергнутых отжигу при температурах 700-900°С, показало, что в их структуре и на поверхности образуется сетка дислокаций с периодом 1.5-Змкм. В данном случае дислокации являют ся естественными каналами релаксации упругих напряжений.

В параграфе 4.3 приведены результаты исследования фотолюминесцентных (ФЛ) свойств многослойных селективно легированных гетероструктур Ge/Si IIa рис.4.а приведены спекгры ФЛ некоторых образцов, измеренные при комнатной температуре Отметим, что в спектрах ФЛ помимо полосы, соответствующей рекомбинации в объемном кремнии с участием ТО-фонона, присутствует широкая длинноволновая полоса. Исследование температурных зависимостей ФЛ спектров показало, что эта полоса обусловлена рекомбинацией экситонов в колонках ВСКТ Ge. Замешм, что в спектрах ФЛ нелегированных, а также подвергнутых отжигу легированных структур датой полосы при 300К не наблюдается. На рис 4.Ь приведены а) в левом верхнем квадранте: зависимость положения максимума спектральной полосы ВСКТ Ge от средней высоты Ge KT в колонках ВСКТ (В), полученные из анализа изображений ПЭМ высокого разрешения; б) в правом верхнем квадранте' зависимость положения максимума спектральной полосы ВСКТ Ge от толщины просчойки Si (W), в) в левом нижнем квадранте' зависимость энергии активации экситона, рассчитанная на основании расширенного анализа Аррениуса температурных

зависимостей интегральной интенсивности ФЛ ВСКТ полосы, от средней высоты ве КТ, г) в правом нижнем квадранте: зависимость энергии активации экситона от толщины прослойки кремния. Из рис.4 Ь видно, что для указанных величин явно просчеживаются две зависимости. Во-первых, - это зависимость энергии максимума полосы ВСКТ Ое от В Длинноволновое смещение Рт(В) при увеличении В свидетельствует о заглублении уровня дырок в Ое КТ Во-вторых, явно прослеживается зависимость Еа(\У), а именно, с ростом W энергия актинации растет, что свидетечьствует о наличии в прослойке квантовой ямы для электронов, и об удалении элекгропного уровня от состояний континуума

Энергия фотона [эВ] 1 0,8 0 6

В [пт] 3 4 5

1200 1400 1600 1800 2000 Длина волны [нм]

4 5 6

W [пт]

Рис.4.а. Спектры ФЛ 20-слойных Рис.4 Ь. Зависимости положения максимума селективно легированных гетероструктур спектра ФЛ и энергии активации экситона Ge/Si от толщин слоев Ge(B) и Si(W).

Таким образом, в области ВСКТ в направлении роста структуры энергетическая зонная ,ща!рамма представляйI собой набор квантовых ям для дырок и электронов н слоях Ое КТ и прослойки, соотве1С1ненно Важно отме!ить, что величины активационной энер1ии для электронов в яме кремния достаточно велики (Еа~ 40-85теУ) по сравнению с кулоновской энерг ией связи экситона, сформированного на границе одиночных Ое КТ [6]. Большие величины активационной энергии носителей из ВСКТ являются причиной того, что ФЛ от ВСКТ Ое наблюдается вплоть до комнатной температуры. Увеличение активационной энергии для экситонов в случае исследуемых структур, по-видимому,

связано с легированием квантовых ям Si сурьмой, приводящее к заглублению электронного уровня в них.

Дополнительные ФЛ исстедования селективно легированных многослойных гетероструктур Ge/Si обнаруживают совокупность свойств, которые не могут найти объяснения в рамках модели независимых квантовых ям для электронов и дырок. В параграфе 4.4 приведены результаты данных исследований. Было усыновлено, что при увеличении количества периодов слоев Ge/Si в структуре интегральная интенсивность ФЛ ВСКТ полосы увеличивается не линейно, а пропорционально квадрату периодов N Во-вторых, коротковолновое смещение максимума ФЛ ВСКТ полосы при увеличении плотности мощности возбуждения в диапазонах 1-40 Вт см2 и 50-1000 Втсм"2 носит различный характер. При малых величинах накачки характер смещения схож с тем, что наблюдается для Ge смачивающего слоя, в то время как при больших накачках смещение соответствует наблюдаемому сдвигу полосы ФЛ для не связанных Ge КТ В-третьих, кривая спада ФЛ при 10К на длине волны 1.55мкм, снятая после кратковременной накачки импульсом со средней плотностью мощности 35Вт/см2, может быть аппроксимирована одной экспонентом I(t) - 1цехр[~(í/z)] с постоянной времени г~0.1мкс Это время, примерно на порядок меньше, чем характерное время спада фотолюминесценции в не связанных Ge КТ. Наблюдаемые особенности могут найти свое объяснение на основании модели туннельно-связашшх в направлении роста квантовых ям для электронов и дырок. При этом в области ВСКТ Ge образуется сверхрешетка П-типа, в которой резонансные электронные уровни соседних квантовых ям формируют минизону для элек фонов. В результате, при малых плотностях оптической накачки, когда количество электронов не велико, подобная зонная структура может рассматриваться как зонная структура квази I-типа. При больших накачках, длина свободного пробега электронов в минизоне уменьшается вследствие электрон-электронных взаимодействий, и система вновь разбивается на отдельные квантовые ямы. Для дырок в валентной зоне должна наблюдаться похожая ситуация, однако, вследствие гораздо больших активационных энергий из состояний в Ge КГ туннелирование между соседними ВСКТ затруднено. Поэтому с большой долей вероятности дырки должны быть локализованы на сосюяниях в Ge КТ

В параграфе 4.5 приведены результаты электролюминесцентных исследований кремниевых диодных структур, в область р-n перехода которых помещались многослойные селективно легированных Ge/Si гетероструктуры с ВСКТ Приборно-ориентированные диодные структуры выращивались на подложках Si(i00) р+-типа с удельным сопротивлением р=0.015 Ом см. Р-n переход создавался за счет легирования сурьмой

прикрывающего многослойную структуру слоя до концентрации п~1018см'3. Металлические контакты к п-стороне диода формировались при помощи магнетронного осаждения слоев А!/Аи толщиной 50/50пт и последующего их вжигания при температурах <350°С Контакты со стороны подложки формировались путем нанесения 1п, толщиной 2-Змм На рис.5.а представлены спектры электролюминесценции диода с максимумом интенсивности вблизи 1.55мкм, снятые при комнатной температуре в непрерывном режиме

Рис 5. Характеристики Si светоизлучшощего диода- а) ЭЛ спектры , снятые при: 1) токе Ii=0.4A и напряжении Ur 1.4В; 2) I2=0.7A, U2=l 8В; 3) I3=l .ОА, U3=2.0B на диодной структуре; б) вольтамперная характеристика диодной структуры.

В область р-n перехода диодной структуры была помещена двадцатаслойная селективно легированная гетероструктура Ge/Si с ВСКТ Ge Эффективные толщины Ge и Si в каждом периоде составляли 0 75нм и 7 5нм, соответавенно. При этом первые 2нм каждой прослойки Si легировались Sb до концентрации -5 1016см"3 Поскольку диодная структура представляла собой макрообъект (размеры металлизированных областей составляли -0 5см2) сигнал ЭЛ снимался с ее торца. Заметим, что в спектре ЭЛ практически отсутствует полоса, связанная с рекомбинацией в объемном кремнии с участием ТО-фонона Это связано с тем, что изтучательная рекомбинация носитезей, в основном, имеет место в области пространственного заряда р-n перехода. В нашем случае - в области ВСКТ Ge На рис,5 b изображена вольтамперная характеристика диодной структуры Важно

отметить, что сигнал ЭЛ в ВСКТ полосе детектируется при прямых напряжениях на диоде, превышающих 0.7В.

В результате проведения экспериментов были синтезированы приборно-ориентированные диодные структуры, излучающие на длинах волн о г I 4 до ¡.7мкм при комнатной 1емпературе в непрерывном режиме. При этом сдвш максимума ЭЛ в длинноволновую сторону достигался за счет увеличения эффскшвной толщины Ge в каждом слое, а сдвш в коротковолновую сторону - за счсг уменьшения толщины Ge, а также за счет увеличения концентрации Sb в структуре. Измерения эффективности изготовленных приборно-ориентированных структур проводились с использованием сферы Ульбрихта и калиброванною лазерного диода, излучающего на длине волны 1 55мкм. Величина внешнего кваншвого выхода излучения диодной структуры при 300К превышала величину 0 04%.

В заключении сформулированы основные результаты проведенных исследований. 1. В рамках кинетической теории установлены количественные зависимости между управляющими параметрами МПЭ роста (температурой подложки, скоростью осаждения Ge, эффективной толщиной осажденного Ge) и параметрами ансамбля Ge/Si(100) hut островков (поверхностной плотностью и средним размером).

2 Показано, что добавление Sb при формировании Ge островков на поверхности Si в методе МПЭ по механизму Странски-Крастанова в диапазоне температур 500-700°С приводит к увеличению а) плотности массива Ge островков, б) однородности Ge островков по форме и размерам При этом массив формируют пирамидальные островки с квадратными

основаниями в от шчие от роста Ge островков без добавления Sb, когда на поверхности прис-утслвутот hut -осфовки, dome островки либо одновременно оба типа островков

3 Пролемонстрировапо, что чктпозиция поверхности Si полложки в потоке Sb при температурах подожки 550 и 600"С проведенная до осаждения Ge приводи) к тем же качесIвенным изменениям параметров массива Ge островков, чю и одновременное осаждение Ge и Sb

4 Установлено, что формирование Ge островков в зависимости от потока Sb имеет пороговый характер При увеличении потока Sb до некоторой величины наблюдается увеличение плотности и уменьшение размеров Ge островков При дальнейшем увеличении потока Sb наблюдается срыв нуклеации Ge островков, при этом на поверхности наблюдаются мезаскопические ктас1еры Ge, высота которых менее lnm Предложена интерпретация порогового характера в рамках кинетической теории формирования

островков. При этом учитывается влияние, оказываемое потоком Sb, на активационный барьер диффузии адатомов Ge в островок Сурьма представляет собой ингибитор диффузии адатомов Ge, а при некотором критическом потоке Sb существенно возрастает время, необходимое для нуклеации и роста островков, поэтому их латеральный размер не может дорасти до своего квазиравновесного значения.

5. Синтезирован новый тип многослойных гетероструктур в системе Ge/Si: селективно легированные сурьмой - Ge/Si гетероструктуры с вертикально совмещенными Ge квантовыми точками.

6. Продемонстрировано, что при выращивании многослойных гетероструктур Ge/Si, селективно легированных Sb, образцы обладают качественно иными свойствами по сравнению с аналогичными структурами, выращенными без добавления Sb Во-первых, селективно легированные многослойные гетероструктуры демонстрируют, в большинстве случаев, отсутствие дислокаций несоответствия и проникающих дислокаций в их структуре (по данным просвечивающей электронной микроскопии и низкотемпературной фотолюминесценции). Во-вторых, в селективно легированпых многослойных Ge/Si гетероструктурах наблюдается формирование колонок вертикально совмещенных Ge квантовых точек. При этом в направлении роста структура указанных колонок обладает квазипериодичностью с периодом C=B+W, где В - средняя высота Ge кван говых точек, a W - толщина прослойки Si В латеральной плоскости размер Ge островков сохраняется для всех слоев структуры и ограничен величиной -ЮОпт Грани островков ориентированы в кристаллографических направлениях <100>.

7. В спектрах фотолюминесценции селективно летированных Sb многослойных Ge/Si гетероструктурах при комнатной температуре наблюдается полоса с максимумом в диапазоне 1.3-1.8мкм, интегральная интенсивность которой в Ю'-103 раз превосходит интегральную интенсивность полосы, соответствующей рекомбинации электронно-дырочных пар в кремнии с участием ТО-фонона.

8. Установлено, что синтезированные селективно легированные Sb многослойные гетеросфухтуры Ge/Si метастабильны. Кратковременный отжиг при температурах 700°С и более приводит к формированию сетки дислокаций несоответс i вия на их поверхности, дополнительной взаимодиффузии Ge и Si в их структуре, а также к снижению интенсивности фотолюминесцеш цш.

9 Исследование низкотемпературных спектров фотолюминесценции, а также температурной зависимости положения для селективно легированных Sb многослойных

Cíe/Si гетероструктур покачало, что природа длинноволновой полосы соответствует зона-зонной рекомбинации в области вертикально-совмещенных Ge квантовых точек

10 Проведенное исследование зависимости спектров фотолюминесценции от ростовых параметров позволило установить, что наиболее критичным параметром, влияющим на интенсивность фотолюминесценции, является эффективная толщина Ge в каждом слое многослойной структуры Установлено, что интегральная интенсивность фотолюминесценции растет пропорционально квадрагу количества периодов структуры

11 Продемонстрированы быстрые для системы Ge/Si времена излучательной рекомбинации -0 1мкс, измеренные на длине воины 1 55мкс при 10К от mhoi ос тайных селективно легированных гетероструктур Ge/Si

12 Впервые продемонстрирована этектротючипесцснция при комнатной температуре из кремниевых диодных структур, в область р-л перехода которых помешались селективно легированные сурьмой многослойные гетероструктуры Ge/Si в диапазоне длин волн 1.41 7мкм Измеренная величина внешней квантовой эффективности электротюминесценции при комнатной температуре была не меньше 0.04%.

Основные результаты диссертационной работы отражены в следующих публикациях: 1*. A.A.Tonkikh, V.G.Dubrovskii, G.ECirlin, VAEgorov, V.M.Ustinov and P.Werner. "Temperature dependence of the quantum dot lateral size in the Ge/Si(100) system" Phys. Stat Sol. (b), 236 No. 1, R1-R3 (2003).

2* В Г Дубровский, В М Устинов, А.А.Тонких, В А Ел оров, Г Э Цырлин, P.Werner «I емпературная зависимость морфологии ансамблей нанокластеров в сиасме Ge/Si(100)» Письма в ЖТФ 29(17), 41-48 (2003)

3* А А Тонких, В Г Талалаев, Н Д Захаров, Г Э Цырлин, В М Устинов, Р Werner «Влияние послеростового отжига на структурные и оптические свойства многослойных гетероструктур Ge/Si» Письма в ЖТФ 29(17), 78-85 (2003)

4* V.G.Talalaev, GE.Cirlin, A A Tonkikh, N D Zakharov,P.Werner "Room temperature electroluminescence from Ge/Si quantum dots superlattice close to 1 бцш" Phys Stat Sol (a), 198(1) R4-R6 (2003)

5* N П 7akharov, V.G.Talalaev, P.Werner, A A Tonkikh, G E Cirlin, "Room-temperature light emission from a highly strained Si/Ge superlattice" Appl Phys Lett 83(15), 3084-3086 (2003) 6*. В А.Еюров, Г Э Цырлин, АА1онких В Г Талалаев, А Г Макаров, Н Н Леденцов, В М Устинов, N.D 7akharov, Р Werner "Si/Ge наноструктуры для применений в оптоэлектронике" ФТТ 46(1), 53-59 (2004)

7*. V.G.Dubrovskii, G.E.Cirlin, Yu.G Musikhin, Yu В Samsonenko, A.A.Tonkikh, N.K Polyakov, V.A Egorov, A.F.Tsatsul'nikov, N.A.Krizhanovskaya, V M Ustinov and P.Werner "Effect of growth kinetics on the structural and optical properties of quantum dot ensembles" Journal of Crystal Growth 267(1-2), 47-59 (2004).

8* A.A Топких, Г.Э.Цырлин, В Г Дубровский, В М Устинов, Р Werner "О возможностях подавления dome-кластеров при молекулярно-пучковой эпитаксии Ge на Si(lOO)" ФТП 38(10), 1239-1244 (2004).

9*. Г.Э.Цырлин, А А.Тонких, В Е.Птицын, В Г Дубронский, САМасалов, В.П.Евтихиев, Д.В.Денисов, В.М.Устинов, Р Werner, "Влияние сурьмы на морфологию и свойства массива Ge/Si(l 00)-квантовых точек" ФТТ 47(1), 58-62 (2005)

10*. Г.Э.Цырлин, В.Г.Дубровский, А.А Тонких, НВСибирев, ВМУсшнов, P.Werner, "Пороговый характер формирования наноразмерных островков в системе Ge/Si(100) в присутствие сурьмы" ФТП 39(5), с.577-581 (2005).

11* V.G.Dubrovskii, A.A.Tonkikh, N К Polyakov, Yu В. Samsonenko, V.A.Egorov, G.E.Cirlin, A.F.Tsatsul'nikov, N.V.Kryzhanovskaya, P Werner, V.M.Ustinov "Theoretical and experimental studies of growth rate and substrate temperature dependence of quantum dot array morphology" Proceedings of "Nanostructures- Physics and Technology" 2003, p.302-304

12*. N.D.Zakharov, V.G.Talalaev, G.E.Cirlin, A.Tonkikh and P.Werner ,,'IEM investigations of Si/Ge Superlalticc Exhibiting 1,55mkm Photoluminescencc at Room Temperature" Proceedings of Microscopy Conference, Dresden 2003 p.282-283.

13*. N.Zakharov, P.Werner, G.Cirlin, A.Tonkikh, V Egorov, «NanoStructure Formed by Multilayer Si/Ge/Si Clusters. Room Temperature Photoluminescence» E-MRS 2003 Spring Meeting, Strasbourg, June 10-13, 2003, F/PI.17

14*. Г.Э.Цырлин, В.ГЛалалаев, А.А.Тонких, ND.Zakharov, В.А.Егоров, В.М.Усгинов, P.Werner "Фото- и электролюминесценция при комнатной температуре в диапазоне 1.5-1.6цт от многослойных Ge/Si структур" Материалы VI Всероссийской конференции по физике полупроводников, Санкт-Петербург, 2003 с.319

15*. GECirlin, V.G.Talalaev, A.A.Tonkikh, V.A Egorov, N D Zakharov, P.Werner. "Room temperature photo-and electroluminescence from Ge/Si quantum dot superlattices". Abstract of 7th International Conference on Intersubband Transitions in Quantum Wells, 1-5 September, 2003, Evotene, Switzerland, p. 186-187.

16*. Г.ЭЦырлин, А.А.Тонких, В.Э.Птицын, В.Г Дубровский, С.А.Масалов, ВПЕвтихиев, Д В.Денисов, В М.Устинов, Р Werner "Влияние сурьмы на морфологию и свойства массива Ge/SidOO) квантовых Точек" Материалы конференции "Нанофотоника 2004" Нижний Новгород, с.117-120.

17*. G.E.Cirlin, A A Tonkikh, V.G.Dubrovskii, V.M.Ustinov and P.Werner "Suppression of dome clusters formation during Ge/Si molecular beam epitaxial growth at elevated substrate temperatures" Proceedings of 12 Int Symp "Nanostructures- Physics and Technology" 2004 Saint-Petersburg, p 223-224.

18*. N.Zakharov, VTaialaev, A Tonkikh, G.Cirlin, P.Werner, «Si/Ос MBb grown multilaer structures' Optical properties and structural defects» Сборник тезисов совещания «Кремний-2004», Иркутск 2004, с. 141.

19* В Г.Дубровский, Г.ЭЦырлин, ЮГМусихип, А А Тонких, Ю.Б.Самсоненко, Н К Поляков, В М.Устинов, P.Werner "Влияние кинетики МПЭ роста на свойства ансамблей кванювых точек в системах InAs/GaAs и Ge/Si" Материалы Симпозиума Нанофизика и Наноэлектроника» Нижний Новгород 2005, с 350

20* А А.Тонких, Г.ЭЦырлин, В.ГТалалаев, NDZakharov, P.Werner «Электролюминесценция при комнашой 1емпературе от многослойных iетероструктур Ge/Si» Материалы Симпозиума «Нанофизика и Напоэлектроника» Нижний Hobi ород 2005, с.419.

Цитированная литература:

1. Zhores IAlferov, "Nobel Lecture: The double heterostructure concept and its applications in physics, electronics, and technology" Review of Modern Physics, 73, 767-782 (2001).

2. Ж.И.Алферов, "История и будущее полупроводниковых гетероструктур" ФТП 32(1) 3-18, (1998).

3 J.Wan, G.L.Jin, Z.M.Jiang, Y.H.Luo, J.L.Liu and Kang L.Wang "Band alignments and photon-induced carrier transfer from wetting layers to Cre islands grown on Si(001)" Appl Phys Lett. 78(12), 1763,(2001).

4 Г.Э.Цырлин, P.Werner, G.Gosele, Б.В.Воловик, В M Устинов, Н Н Леденцов "Оптические свойства субмонослойных включений 1ермания в кремниевую матрицу, полученных методом молекулярно-пучковой эпитаксии" Письма в Ж'1Ф 27(1), 31-38, (2001)

5. S.Fukatsu, H.Sunamura, Y.Shiraki, S Komiyama "Phononless radiative recombination of indirect excitons in a Si/Ge type-II quantum dot" Appl Phys.Lett. 7t(2), 258-260 (1997).

6. А.В.Двуреченский, А.И.Якимов "Квантовые точки 2 типа в системе Ge/Si" ФТП, 35(9), 1143-1153(2001).

7. V.G.Dubrovskii, G.E.Cirlin, V.M.Ustinov "Kinetics of the initial stage of coherent island formation in heteroepitaxia! systems" Phys.Rev В 68, 075409 (2003).

8. Н.В.Востоков, З.Ф.Красильник, Д.Н.Лобанов, А В.Новиков, М.В.Шалеев, A.H Яблонский "Фотолюминесценция GcSi/Si(001) самоорганизующихся наноостровков различной формы" ФТТ46(1), 63-66 (2004).

Лицензия ЛР №020593 от 07.08.97

Подписано в печать 3.4 %0СЬ. формат 60x84/16. Печать офсетная. Уч. псч. л. 1,15 .Тираж 100 . Заказ/33 .

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в типографии Издательства Политехнического университета 195251, Санкт-Петербург, Политехническая, 29.

il 144 и

РНБ Русский фонд

2006-4 7643

Введение

ГЛАВА 1. Обзор литературы

1.1 Электролюминесценция монокристаллического кремния

1.2 АЗВ5 соединения на подложке кремния

1.3 Легирование кремния атомами редкоземельных элементов

1.4 Нанокристаллиты кремния

1.5 Гетероструктуры SiGe

ГЛАВА 2. Экспериментальные методики

2.1 Технология молекулярно-пучковой эпитаксии кремния

2.2 Установка МПЭ Riber Siva

2.3 Химическая предростовая подготовка поверхности кремниевых подложек

2.4 Условия проведения ростовых экспериментов

2.5 Установка атомно-силовой микроскопии и методика проведения эксперимента

2.6 Установка магнетронного напыления

2.7 Фото- и электролюминесцентные измерения

ГЛАВА 3. Влияние Sb на свойства массива Ge островков на поверхности

Si(100)

3.1 Формирование островков в гетероэпитаксиальной системе Si/Ge

3.2 Формирование островков в системе Ge(Sb)/Si

3.3 Влияние температуры подложки на свойства массива Ge островков, выращенных с добавлением Sb

3.4 Влияние величины потока Sb на свойства массива Ge островков

3.5 Кинетика формирования Ge островков на поверхности Si(100) в присутствии Sb

ГЛАВА 4. Многослойные Ge/Si гетероструктуры с квантовыми точками

4.1 Исследуемые структуры

4.2 Структурные свойства многослойных Ge/Si гетероструктур

4.3 Фотолюминесцентные исследования многослойных гетероструктур Ge/Si

4.3.1 Особенности спектра фотолюминесценции многослойных гетероструктур Ge/Si

4.3.2 Влияние ростовых параметров на оптические свойства многослойных гетероструктур Ge/Si

4.3.3 Модель зонной структуры

4.4 Оптические свойства Ge/Si многослойных гетероструктур

4.4.1. Зависимость интегральной интенсивности спектральной полосы Ge/Si гетероструктур от количества периодов структуры N

4.4.2. Зависимость положения максимума спектральной полосы Ge/Si гетероструктур от плотности мощности возбуждения

4.4.3. Фотолюминесценция с временным разрешением

4.4.4. Фотолюминесценция многослойных гетероструктур Ge/Si, выращенных на разных типах подложек

4.4.5 Модель электронной минизоны (Уточненная модель)

4.5 Электролюминесцентные свойства многослойных гетеростурктур Ge/Si, помещенных в р-n переход

Актуальность работы. Одним из основных направлений современной физики полупроводников являются исследования в области низкоразмерных гетероструктур (квантовых ям, квантовых проволок, квантовых точек) [1], то есть гетероструктур, в которых проявляются квантоворазмерные эффекты. Спектр исследований, ведущихся в данном направлении, охватывает фундаментальные аспекты физических явлений, проявляющихся в низкоразмерных структурах, а также возможности применения наноструктур в полупроводниковых приборах (инжекционных лазерах, транзисторах, туннельных диодах и т.д.) [2]. Бурное развитие физики полупроводниковых гетероструктур с пониженной размерностью было обусловлено появлением и развитием воспроизводимых методов их создания, таких как, молекулярно-пучковая эпитаксия (МПЭ) и газо-фазная эпитаксия. Значительный интерес связан с особенностями технологии формирования низкоразмерных гетероструктур (наноструктур), и исследованием влияния параметров технологического процесса на физические свойства получаемых наноструктур. Исследования по созданию эффективных излучателей на основе кремния с токовой накачкой являются одним из таких направлений, которое расположено на стыке фундаментальной и прикладной физики полупроводников. Значительный интерес к данной тематике обусловлен следующим фактором. Кремний занимает ведущее место в технологии микроэлектронных элементов, однако его применение в оптоэлектронике в активных излучающих устройствах ограничено. Трудности при использовании кремния в качестве активного излучателя света связаны с физической природой структуры его энергетических зон, в которых максимум валентной зоны и минимум зоны проводимости расположены в разных точках обратного пространства. Такую структуру зон называют непрямой, поскольку прямая рекомбинация электронно-дырочных пар без участия третьей частицы (например, ТО-фонона) запрещена законом сохранения импульса. Следствием непрямой структуры энергетических зон являются большие времена излучательной рекомбинации 10"3 сек), и низкая эффективность излучения Si светодиодов. В настоящее время предложено достаточно большое количество подходов по реализации излучающей структуры на подложке кремния, обзор которых дан в Главе 1. Наряду с прочими, широко применяются эпитаксиальные технологии выращивания квантоворазмерных гетероструктур, использование которых обладает рядом преимуществ по сравнению с использованием объемных гетероструктур. Во многом это связано с тем, что в квантоворазмерных объектах существенно модифицируется электронная зонная структура исходных материалов. Кроме того, использование наноразмерных объектов позволяет избежать образования структурных дефектов при синтезе гетероструктур из материалов с различными постоянными решетки. Хорошим примером, демонстрирующим преимущества использования квантово-размерных гетероструктур, являются теоретические и экспериментальные работы в области инжекционных гетеролазеров с активной областью на основе массива бездефектных КТ [3,4]. Квантовые точки имеют <5-образный спектр плотности состояний, вследствие этого число состояний, которые необходимо заполнить для достижения тока прозрачности, является небольшим, как следствие снижается пороговая плотность тока инжекционного лазера. Кроме того, применение КТ позволяет расширить диапазон длин волн излучения прибора [3] по сравнению с квантовыми ямами. Последнее преимущество является следствием увеличения эффективного размера области квантования в КТ без образования структурных дефектов.

Формирование наноструктур в матрице кремния возможно осуществить эпитаксиальными методами при использовании в качестве гетеропары германия. Одним из вариантов является использование Ge/Si наноструктур -квантовых ям и квантовых точек (КТ) в качестве излучающей области диодной структуры. Этот путь известен достаточно давно, однако серьезных успехов по созданию светодиодов в Ge/Si системе, работающих при комнатной температуре в непрерывном режиме, а также появления такого прибора на рынке полупроводниковых приборов до сих пор не было.

Несмотря на то, что германий, как и кремний, обладает непрямой структурой энергетических зон, и гетеропереход Ge/Si - второго типа (Ge для дырок представляет потенциальную яму, а для электронов - барьер), нановключения Ge могут формировать гетеропереход I-типа. Такая ситуация характерна для Ge смачивающего слоя [5], остающегося на поверхности после образования Ge КТ. Кроме того, возможно возникновение "прямозонности" в малых включениях Ge благодаря нарушению трансляционной симметрии [6]. Для решения проблемы П-типа гетероперехода в гетероструктурах Ge/Si известен также подход [7], использующий короткопериодные сверхрешетки Ge/Si, т.е. многослойные гетероструктуры, в которых носители заряда могут туннелировать через барьеры, разделяющие соседние квантовые ямы.

Таким образом, использование Ge нановключений в Si матрице и, в особенности, в виде многослойных структур, приводит к существенной модификации энергетического спектра исходных материалов. При соблюдении ряда условий следует ожидать, что возможным результатом этого подхода станет увеличение эффективности излучательной рекомбинации в структурах на их основе.

Целью являлась разработка новых методик выращивания и подходов для создания воспроизводимой технологии на основе молекулярно-пучковой эпитаксии полупроводниковых гетероструктур Ge/Si, в том числе многослойных, для их применения в качестве элементной базы оптоэлектронных приборов на основе кремния.

Для достижения указанной цели решались следующие основные задачи:

1. Исследовались закономерности образования нанометровых островков Ge на поверхности Si(100) при МПЭ.

2. Исследовалось влияние сурьмы на закономерности эпитаксиального роста гетероструктур Ge/Si в режиме Странски-Крастанова.

3. Исследовались особенности гетероэпитаксиального роста многослойных структур Ge/Si при селективном легировании Sb.

4. Исследовалось влияние технологических факторов при росте многослойных структур Ge(Sb)/Si на их структурные и оптические свойства.

5. Проводилась оптимизация ростовых параметров многослойных гетероструктур Ge(Sb)/Si с целью получения диодных структур с максимальной эффективностью.

6. Исследовались электролюминесцентные свойства диодных структур на основе многослойных Ge(Sb)/Si гетероструктур.

Научная новизна работы состоит в следующем.

1. В рамках кинетической теории установлены количественные зависимости между управляющими параметрами МПЭ роста (температурой подложки, скоростью осаждения Ge, эффективной толщиной эпитаксиальной пленки Ge) и параметрами массива Ge/Si(100) hut островков (поверхностной плотностью и средним размером).

2. Впервые проведено комплексное исследование процесса гетероэпитаксии Ge на поверхности Si в присутствии Sb. При этом было установлено, что формирование островков Ge в зависимости от потока Sb имеет пороговый характер.

3. Впервые проведено систематическое исследование влияния ростовых параметров на структурные и оптические свойства многослойных гетероструктур Ge/Si, полученных при селективном легировании сурьмой.

4. Предложены возможные зонные диаграммы многослойных селективно легированных гетероструктур Ge/Si, объясняющие полученные экспериментальные данные.

Практическая значимость работы состоит в следующем.

1. Показано, что подача Sb к поверхности растущей пленки позволяет существенно увеличить однородность по форме и размерам среди Ge КТ, а также повысить плотность массива Ge КТ.

2. Продемонстрирована фотолюминесценция при комнатной температуре в диапазоне длин волн 1.3-1.8мкм от многослойных гетероструктур Ge/Si.

3. Получены рекордно малые (-0.1 мкс) времена излучательной рекомбинации носителей заряда в полупроводниковых материалах Ge/Si на длине волны 1.55мкм при 10К.

4. Впервые продемонстрирована электролюминесценция при комнатной температуре и непрерывной токовой накачке из многослойных гетероструктур Ge/Si с КТ, выращенных на подложке кремния на длинах волн 1.4-1.7мкм, величина эффективности внешнего квантового выхода составила не менее

0.04.

Таким образом, проведено комплексное исследование процессов гетероэпитаксии Ge на поверхности Si в присутствии Sb. Исследования однослойных структур Ge(Sb)/Si позволили выявить закономерности, возникающие при росте многослойных структур Ge/Si с добавлением Sb. Исследование структурных и оптических свойств многослойных гетероструктур Ge(Sb)/Si позволило оптимизировать технологию их роста, что привело к созданию приборно-ориентированных диодных структур на подложке кремния, которые демонстрируют интенсивную электролюминесценцию в диапазоне длин волн вблизи 1.55мкм при комнатной температуре. Основные научные положения, выносимые на защиту:

1. В рамках кинетической модели формирования островков в системах, рассогласованных по параметру решетки, предложено теоретическое объяснение закономерностей эпитаксиального роста Ge квантовых точек на поверхности Si(100).

2. На начальных стадиях гетероэпитаксии Ge на поверхности Si(100) в присутствии на поверхности сурьмы образуется однородный по форме и размерам массив пирамидальных островков с квадратными основаниями.

3. Теоретически предсказано и экспериментально подтверждено, что образование Ge островков характеризуется пороговым значением потока Sb, ниже которого плотность островков возрастает, а выше - резко уменьшается.

4. Рост многослойных структур Ge/Si при селективном легировании сурьмой сопровождается образованием бездефектных колонок вертикально совмещенных Ge квантовых точек, которые являются центрами излучательной рекомбинации носителей заряда.

5. Оптимальные режимы роста многослойных гетероструктур Ge/Si, помещенных в область р-n перехода кремния, позволяют получить интенсивную электролюминесценцию в непрерывном режиме при комнатной температуре в диапазоне длин волн 1.4-1.7мкм.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на российских и международных конференциях и симпозиумах:

- 11,12 Int. Symp."Nanostructures: Physics and Technology", Saint-Petersburg, 2003, 2004.

- IV Российская конференция по физике полупроводников, Санкт-Петербург, 2003.

- Euro-MRS 2003 Spring Meeting, Strasbourg.

- Microscopy Conference, Dresden, 2003.

- 7-th International Conference on Intersubband Transitions in Quantum Wells, Evolene, Switzerland, 2003.

- "Нанофотоника 2004", Нижний-Новгород.

-4-th International Conference on Advanced Optical Materials and Devices, Tartu, Estonia, 2004

- Всероссийское совещание «Кремний-2004» (Иркутск 2004) -"Нанофизика и Наноэлектроника", Нижний-Новгород, 2005. Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 20 печатных работах (в том числе 10 в научных журналах и 10 в материалах конференций). Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения. Общий объем диссертации 118 страниц основного текста, включая 19 рисунков, 8 таблиц и список литературы из 73 наименований.

Заключение

В заключении сформулируем основные результаты, полученные в диссертационной работе, предложения по их дальнейшему развитию и практическому использованию:

1. В рамках кинетической теории установлены количественные зависимости между управляющими параметрами МПЭ роста (температурой подложки, скоростью осаждения Ge, эффективной толщиной эпитаксиальной пленки Ge) и параметрами массива Ge/Si(100) hut островков (поверхностной плотностью и средним размером).

2. Показано, что добавление Sb при формировании Ge островков на поверхности Si в методе МПЭ по механизму Странски-Крастанова в диапазоне температур 500-700°С приводит к увеличению а) плотности массива Ge островков; б) однородности Ge островков по форме и размерам. При этом массив формируют пирамидальные островки с квадратными основаниями в отличие от роста Ge островков без добавления Sb, когда на поверхности присутствуют hut -островки, dome-островки, либо одновременно оба типа островков.

3. Продемонстрировано, что экспозиция поверхности Si подложки в потоке Sb при температурах подожки 550 и 600°С, проведенная до осаждения Ge, приводит к тем же качественным изменениям параметров массива Ge островков, что и одновременное осаждение Ge и Sb.

4. Установлено, что формирование Ge островков в зависимости от потока Sb имеет пороговый характер. При увеличении потока Sb до некоторой величины наблюдается увеличение плотности и уменьшение размеров Ge островков. При дальнейшем увеличении потока Sb наблюдается срыв нуклеации Ge островков, при этом на поверхности наблюдаются мезаскопические кластеры Ge, высота которых менее 1нм. Предложена интерпретация порогового характера в рамках кинетической теории формирования островков. При этом учитывается влияние, оказываемое потоком Sb, на активационный барьер диффузии адатомов Ge в островок. Сурьма представляет собой ингибитор диффузии адатомов Ge, а при некотором критическом потоке Sb существенно возрастает время, необходимое для нуклеации и роста островков, поэтому их латеральный размер не может дорасти до своего квазиравновесного значения.

5. Синтезирован новый тип многослойных гетероструктур в системе Ge/Si: селективно легированные сурьмой - Ge/Si гетероструктуры с вертикально совмещенными Ge квантовыми точками.

6. Продемонстрировано, что при выращивании многослойных гетероструктур Ge/Si, селективно легированных Sb, образцы обладают качественно иными свойствами по сравнению с аналогичными структурами, выращенными без добавления Sb. Во-первых, селективно легированные многослойные гетероструктуры демонстрируют, в большинстве случаев, отсутствие дислокаций несоответствия и проникающих дислокаций в их структуре (по данным просвечивающей электронной микроскопии и низкотемпературной фотолюминесценции). Во-вторых, в селективно легированных многослойных Ge/Si гетероструктурах наблюдается формирование колонок вертикально совмещенных Ge квантовых точек. При этом в направлении роста структура указанных колонок обладает квазипериодичностью с периодом C=B+W, где В -средняя высота Ge квантовых точек, a W - толщина прослойки Si. В латеральной плоскости размер Ge островков сохраняется для всех слоев структуры и ограничен величиной ~100нм. Грани островков ориентированы в кристаллографических направлениях <100>.

7. В спектрах фотолюминесценции селективно легированных Sb многослойных Ge/Si гетероструктурах при комнатной температуре наблюдается полоса с максимумом в диапазоне 1.3-1.8мкм, интегральная интенсивность которой в 10110 раз превосходит интегральную интенсивность полосы, соответствующей рекомбинации электронно-дырочных пар в кремнии с участием ТО-фонона.

8. Установлено, что синтезированные селективно легированные Sb многослойные гетероструктуры Ge/Si метастабильны. Кратковременный отжиг при температурах более 700°С приводит к формированию сетки дислокаций несоответствия на их поверхности, дополнительной взаимодиффузии Ge и Si в их структуре, а также к снижению интенсивности фотолюминесценции.

9. Исследование низкотемпературных спектров фотолюминесценции, а также температурной зависимости положения для селективно легированных Sb многослойных Ge/Si гетероструктур показало, что природа длинноволновой полосы соответствует зона-зонной рекомбинации в области вертикально-совмещенных Ge квантовых точек.

10. Проведенное исследование зависимости спектров фотолюминесценции от ростовых параметров позволило установить, что наиболее критичным параметром, влияющим на интенсивность фотолюминесценции, является эффективная толщина Ge в каждом слое многослойной структуры. Установлено, что интегральная интенсивность фотолюминесценции растет пропорционально квадрату количества периодов структуры.

11. Продемонстрированы быстрые для системы Ge/Si времена излучательной рекомбинации -0.1 мкс, измеренные на длине волны 1.55мкм при 10К от многослойных селективно легированных гетероструктур Ge/Si.

12. Впервые продемонстрирована электролюминесценция при комнатной температуре из диодных структур, в область р-n перехода которых помещались селективно легированные сурьмой многослойные гетероструктуры Ge/Si в диапазоне длин волн 1.4-1.7мкм. Измеренная величина внешней квантовой эффективности электролюминесценции при комнатной температуре была не меньше 0.04%.

Дальнейшие исследования предполагается направить на изучение свойств селективно легированных многослойных гетероструктур, выращенных на разориентированных по отношению к плоскости Si(100) поверхностях. Кроме того, планируется провести оптимизацию конструкции светодиодов, которая позволит увеличить величину внешнего квантового выхода электролюминесценции выращенных диодных структур.

В результате выполнения работы получены два типа объектов: а) однослойные гетероструктуры Ge/Si с однородным по форме и размерам массивом Ge островков; Ь) многослойные селективно легированные Sb Ge/Si гетероструктуры. Перспективы применения объектов (а) видятся в сфере их использования в качестве полевых электронных эмиттеров. В этом направлении нами уже сделаны первые шаги [73]. Применение объектов (Ь) видится в качестве интегрированных в микросхему активных излучателей - передатчиков (а также приемников) информации, способных заменить традиционные электрические цепи.

Считаю необходимым выразить глубокую благодарность тем людям, которые были радом со мной на протяжении всего периода работы над диссертационной работой. В первую очередь - своим научным руководителям д.ф.-м.н; В.М.Устинову и д.ф.-м.н Г.Э.Цырлину. Особо признателен постоянным соавторам и коллегам: д.ф.-м.н. В.Г.Дубровскому, к.ф.-м.н. В.Г.Талалаеву, к.ф,-м.н. Н.Д.Захарову, Н.К.Полякову и Ю.Б.Самсоненко, а также всем сотрудникам лаборатории физики полупроводниковых гетероструктур Физико-Технического Института им. А.Ф.Иоффе РАН и лаборатории приборов и методов эпитаксиальных нанотехнологий Института Аналитического Приборостроения РАН. Отдельную благодарность я выражаю доктору П.Вернеру (Dr.P.Werner) Max-Planck Institute of Microstructure Physics. За создание благоприятной обстановки для работы по теме диссертации выражаю благодарность Директору Института Аналитического Приборостроения РАН профессору д.т.н. В.Е.Курочкину и заведующему лабораторией физики полупроводниковых гетероструктур ФТИ им.Иоффе РАН академику Ж.И.Алферову.

1. Zhores I.Alferov, "Nobel Lecture: The double heterostructure concept and its applications in physics, electronics, and technology" Review of Modern Physics, 73, 767-782 (2001).

2. Ж.И.Алферов, "История и будущее полупроводниковых гетероструктур" ФТП 32(1)3-18,(1998)

3. V.M.Ustinov, A.E.Zhukov, A.Yu.Egorov, N.A.Maleev "Quantum dot lasers" Oxford university press 2003.

4. Л.В.Асрян, Р.А.Сурис "Теория пороговых характеристик полупроводниковых лазеров на квантовых точках. Обзор" ФТП, 38(1), 3-25, (2004).

5. J.Wan, G.L.Jin, Z.MJiang, Y.H.Luo, J.L.Liu and Kang L.Wang " Band alignments and photon-induced carrier transfer from wetting layers to Ge islands grown on Si(001)" Appl.Phys.Lett. 78(12), 1763, (2001).

6. Г.Э.Цырлин, P.Werner, G.G6sele, Б.В.Воловик, В.М.Устинов, Н.Н.Леденцов "Оптические свойства субмонослойных включений германия в кремниевую матрицу, полученных методом молекулярно-пучковой эпитаксии" Письма в ЖТФ 27(1), 31-38, (2001).

7. H.Presting, H.Kibbel, M.Jaros, R.M.Turton, U.Menczigar, G.Abstreiter and H.G.Grimmeiss "Ultrathin SimGen strained layer superlattices a step towards Si optoelectronics" Semic.Sci.Tech. 7(9), 1127-1148, (1992).

8. М.С.Бреслер, О.Б.Гусев, Б.П.Захарченя, И.Н.Яссиевич "Эффективность электролюминесценции кремниевых диодов", ФТП 46(1), 10-14 (2004).

9. M.A.Green, J.Zhao, A.Wang and T.Trupke «High efficiency silicon light emitting diodes», Proc. of NATO Advanced Research Workshop on Towards the First Silicon Laser 2002, Kluwer Academic Publishers, NATO Science Series 11/93, p. 1-10.

10. M.A.Green, J.Zhao, A.Wang, P.J.Reece, M.Gal, "Efficient silicon light-emitting diodes" Nature 412, 805 (2001)).

11. K.K.binder, J.Phillips, O.Qasaimeh, X.F.Liu, S.Krishna, and P.Bhattacharya "Self-organized Ino.4Gao.6As quantum-dot lasers grown on Si substrates", Appl.Phys.Lett. 74(10), 1355-1357(1999).

12. И. Т.М.Бурбаев, И.П.Казаков, В.А.Курбатов, М.М.Рзаев, В.А.Цветков, В.И.Цехош, "Фотолюминесценция (^,=1.3р.т) при комнатной температуре квантовых точек InGaAs на подложке Si(100)" ФТП 36(5), 565-568 (2002).

13. Г.Э.Цырлин, В.Н.Петров, В.Г.Дубровский, Ю.Б.Самсоненко, Н.К.Поляков,

14. А.М.Емельянов, Ю.А.Николаев, Н.А.Соболев "Природа краевого пика электролюминесценции в режиме пробоя 81:(Ег,0)-диодов", ФТП 36(4), 453-456 (2002).

15. В.Ф.Мастеров, Ф.С.Насрединов, П.П.Серегин, Е.И.Теруков, М.М.Мездрогина, "Примесные атомы эрбия в кремнии" ФТП 32(6), 708-711 (1998).

16. С.В.Гастев, А.М.Емельянов, Н.А.Соболев, Б.А. Андреев, З.Ф.Красильник,

17. B.Б.Шмагин, «Эффективное сечение возбуждения фотолюминесценции и время жизни в возбужденном состоянии ионов Ег 3+ в многослойных селективно легированных Si:Er-CTpyKiypax», ФТП 37(9), 1123-1126 (2003).

18. Е.И.Теруков, О.Б.Гусев, О.И.Коньков, Ю.К.Ундалов, M.Stutzmann, A.Janotta, H.Mell, J.P.Kleider "Электролюминесценция эрбия в p-i-n структурах на основе аморфного гидрогенизированного кремния" ФТП 36(11), 1323-1326 (2002).

19. A.Polman, B.Min, J.Kalkman, T.J.Kippenberg and K.J.Vahala "Ultralow-threshold erbium-implanted toroidal microlaser on silicon" Appl.Phys.Lett. 84(7), 1037-1039 (2004).

20. L.X.Yi, J.Heitmann, R.Scholz, and M.Zacharias "Si rings, Si clusters, and Si nanocrystals different states of ultrathin SiOx layers" Appl.Phys.Lett. 81(22), 42484250 (2002).

21. M.Zacharias, J.Heitmann, R.Scholz, U.Kahler, M.Schmidt and J. Biasing "Size-controlled highly luminescent silicon nanocrystals: A Si0/Si02 superlattice approach" Appl.Phys.Lett. 80(4), 661-663. (2002).

22. Yu.B.Bolkhovityanov, O.P.Pchelyakov, S.I.Chikichev "Silicon germanium epilayers: physical fundamentals of growing strained and fully relaxed heterostructures" Physics - Uspekhi 44(7) 655-680 (2001).

23. H.Sigg, G.Dehlinger, L.Diehl, U.Gennser, S.Stutz, J.Faist, D.Grutzmacher, K.Ensslin, E.Muller "Valence band intersubband electroluminescence from Si/SiGe quantum cascade structures" Physica E 11, 240 -244 (2001).

24. G.Dehlinger, L.Diehl, U.Gennser, H.Sigg, J.Faist, K.Ensslin, D.Grutzmacher, E.Muller "Intersubband Electroluminescence from Silicon-Based Quantum Cascade Structures" Science 290,2277-2280 (2000).

25. Н.В.Востоков, З.Ф.Красильник, Д.Н.Лобанов, А.В.Новиков, М.В.Шалеев, А.Н.Яблонский "Фотолюминесценция GeSi/Si(001) самоорганизующихся наноостровков различной формы" ФТТ 46(1), 63-66 (2004).

26. S.Fukatsu, H.Sunamura, Y.Shiraki, S.Komiyama "Phononless radiative recombination of indirect excitons in a Si/Ge type-II quantum dot" Appl.Phys.Lett. 71(2), 258-260 (1997).

27. V.Yam, V.L.Thanh, Y.Zheng, P.Boucaud, D.Bouchier "Photoluminescence study of a bimodal size distribution of Ge/Si(001) quantum dots" Phys.Rev.B 63, 033313 (2001).

28. O.G.Schmidt, C.Lange, K.Eberl "Photoluminescence study of the initial stages of island formation for Ge pyramids/domes and hut clusters on Si(001)" Appl.Phys.Lett. 75(13), 1905-1907 (1999).

29. M.W.Dashiell, U.Denker, C.Muller, G.Costantini, C.Manzano, K.Kern, O.G.Schmidt "Photoluminescence of ultrasmall Ge quantum dots grown by molecular-beam epitaxy at low temperatures" Appl.Phys.Lett. 80(7), 1279-1281 (2002).

30. J.Weber, M.I.Alonso "Near-band-gap photoluminescence of Si-Ge alloys" Phys.Rev.B 40(8), 5683-5693 (1989).

31. V.V.Kveder, E.A.Steinman, S.A.Shevchenko, H.G.Grimmeiss "Dislocation-related electroluminescence at room temperature in plastically deformed silicon" Phys.Rev.B 51(16), 10520-10526(1995).

32. K.Shum, P.M.Mooney, J.O.Chu "Dislocation-related photoluminescence peak shift due to atomic interdiffusion in SiGe/Si" Appl.Phys.Lett. 71(8), 1074-1076 (1997).

33. V.Kveder, M.Badylevich, E.Steinman, A.Izotov, M. Seibt and W.Schroter "Room-temperature silicon light-emitting diodes based on dislocation luminescence" Appl.Phys.Lett. 84(12), 2106-2108 (2004).

34. H.Sunamura, S.Fukatsu, N.Usami, Y.Shiraki "Photoluminescence investigation on growth mode changeover of Ge on Si(100)" J.Cryst.Growth 157, 265-269 (1995).

35. А.В.Двуреченский, А.И.Якимов "Квантовые точки 2 типа в системе Ge/Si" ФТП, 35(9), 1143-1153 (2001).

36. O.G.Schmidt, U.Denker, K.Eberl, O.Kienzle and F.Ernst "Effect of overgrowth temperature on the photoluminescence of Ge/Si islands" Appl.Phys.Lett. 77(16), 25092511 (2000).

37. M. Stoffel, U.Denker, O.G.Schmidt "Electroluminescence of self-assembled Ge hut clusters" Appl.Phys.Lett. 82(19) 3236-3238 (2003).

38. H.Presting, T.Zinke, O.Brux, M.Gail, G.Abstreiter, H.Kibbel, M.Jaros, "Room-temperature luminescence from Si/Ge single quantum well diodes grown by molecular beam epitaxy" J.Crys.Gr. 157, 15-20 (1995).

39. W.-H.Chang, A.T.Chou, W.Y.Chen, H.S.Chang, T.M.Hsu, Z.Pei, P.S.Chen, S.W.Lee, L.S.Lai, S.C.Lu, M.-J.Tsai "Room-temperature electroluminescence at 1.3 and 1.5цш from Ge/Si self-assembled quantum dots" Appl.Phys.Lett. 83(14), 29582960 (2003).

40. John C.Bean, Journal of crystal growth 81(1987) 411-420.

41. A. Ishizaki, K.Nakagawa and Y.Shiraki// Proc. conf. on MBE and Clean Surface Techniques (Japanese Society of Applied Physics, Tokio,1982, p. 182).

42. Vinh Le Thanh et.al., Thin Solid films 321 (1998) 98-105.

43. V.Cimalla and K.Zekentes " Temperature dependence of the transition from two-dimensional to three-dimensional growth of Ge on (001)Si studied by reflection high-energy electron diffraction" Appl.Phys.Lett. 77(10), 1452-1454 (2000).

44. О.П.Пчеляков, Ю.Б.Болховитянов, А.В.Двуреченский, Л.В.Соколов, А.И.Никифоров, А.И.Якимов, Б.Фойхтлендер "Кремний-германиевые наноструктуры с квантовыми точками: механизмы образования и электрические свойства. Обзор" ФТП 34(11), 1281-1299 (2000).

45. V.Yam, V.L.Thanh, Y.Zheng, P.Boucaud and D.Bouchier "Photoluminescence study of a bimodal size distribution of Ge/Si (001) quantum dots" Phys.Rev.B, 63, 033313 (2001).

46. Н.В.Востоков, З.Ф.Красильник, Д.Н.Лобанов, А.В.Новиков, М.В.Шалеев, А.Н.Яблонский "Фотолюминесценция GeSi/Si(001) самоорганизующихся наноостровков различной формы" ФТТ 46(1), 63-66 (2004).

47. Такие размеры наблюдались у "hut''-островков в наших экспериментах при осаждении Ge на Si(100) при температурах подложки 500°С.

48. V.G.Dubrovskii, G.E.Cirlin, V.M.Ustinov " Kinetics of the initial stage of coherent island formation in heteroepitaxial systems" Phys.Rev.B 68, 075409 (2003).

49. A.A.Tonkikh, V.G.Dubrovskii, G.E.Cirlin, V.A.Egorov, V.M.Ustinov and P.Werner. "Temperature dependence of the quantum dot lateral size in the Ge/Si(100) system". Phys. Stat. Sol (b) 236 , No. 1, R1-R3 (2003)

50. А.А.Тонких, Г.Э.Цырлин, В.Г.Дубровский, В.М.Устинов, P.Werner "О возможностях подавления формирования dome-кластеров при молекулярно-пучковой эпитаксии Ge на Si (100)" ФТП 38(10), 1239-1244 (2004).

51. S.A.Barnett, H.F.Winters, J.E.Green. Surf. Sci., 165, 303 (1986).

52. Г.Э.Цырлин, В.Г.Дубровский, А.А.Тонких, Н.В.Сибирев, В.М.Устинов, P.Werner "Пороговый характер формирования наноразмерных островков в системе Ge/Si(100) в присутствии сурьмы" ФТП 39(5), 577-581 (2005).

53. F.M.Kuni, The Kinetics of Condensation under the Dynamical Conditions. Preprint No 84-178.E (Kiev, ITP, 1984).

54. G.S.Solomon, J.A.Trezza, A.F.Marshall, J.S.Harris,Jr. "Vertically Aligned and Electronically Coupled Growth Induced InAs Islands in GaAs" Phys.Rev.Lett. 76(6), 952-955 (1996).

55. A.A.Darhuber, P.Schittenhelm, V.Holy, J.Stangl, G.Bauer, G.Abstreiter "High-resolution x-ray diffraction from multilayered self-assembled Ge dots" Phys. Rev. В 55(23), 15652-15663 (1997)

56. V.A.Shchukin, D.Bimberg, V.G.Malyshkin, N.N.Ledentsov "Vertical correlations and anticorrelations in multisheet arrays of two-dimensional islands" Phys. Rev. В 57(19). 12262-12274 (1998).

57. O.G.Schmidt and K.Eberl "Multiple layers of self-asssembled Ge/Si islands: Photoluminescence, strain fields, material interdiffusion, and island formation" Phys.Rev.B 61(20), 13721-13729 (2000).

58. А.А.Тонких, В.Г.Талалаев, Н.Д.Захаров, Г.Э.Цырлин, В.М.Устинов, P.Werner "Влияние послеростового отжига на структурные и оптические свойства многослойных гетероструктур Ge/Si" Письма в ЖТФ, 29(17) 78-85 (2003).

59. V.G.Talalaev, J.W.Tomm, N.D.Zakharov, P.Werner, B.V.Novikov, A.A.Tonkikh "Transient spectroscopy of InAs quantum dot molecules" Appl.Phys.Lett. 85(2) 284286, (2004).

60. O.G.Schmidt, C.Lange, K.Eberl "Photoluminescence study of the initial stages of island formation for Ge pyramids/domes and hut clusters on Si(001)" Appl. Phys. Lett. 75(13) 1905-1907 (1999). (halle 2003)

61. Т.М.Бурбаев, Т.Н.Заварицкая, В.А.Курбатов, H.H.Мельник, В.А.Цветков, К.С.Журавлев, В.А.Марков, А.И.Никифоров "Оптические свойства монослоев германия на кремнии" ФТП 35(8) 979-984 (2001).

62. М. Larsson., A. Elfving, Р.-О. Holtz, G.V. Hansson, W.-X. Ni "Luminescence study of Si/Ge quantum dots" Physica E 16 476 480 (2003).

63. A.I. Yakimov, N.P. Stepina, A.V. Dvurechenskii, A.I. Nikiforov, and A.V. Nenashev. Semicond. Sci. Technol. 15,1125 (2000).

64. B.Ilahi, L.Sfaxi, F.Hassen, L.Bouzaiene, H.Maaref, B.Salem, G.Bremond, and O. Marty "Spacer layer thickness effects on the photoluminescence properties of InAs/GaAs quantum dot superlattices" phys. stat. sol. (a) 199(3), 457-463 (2003).

65. В.А.Егоров, Г.Э.Цырлин, А.А.Тонких, В.Г.Талалаев, А.Г.Макаров, Н.Н.Леденцов, В.М.Устинов, N.D.Zakharov, P.Werner "Si/Ge наноструктуры для применений в оптоэлектронике" ФТТ 46(1) 53-59 (2004)

66. J. Wan, G.L. Jin, Z.M. Jiang, Y.H. Luo, J.L. Liu, and K.L. Wang. "Band alignments and photon-induced carrier transfer from wetting layers to Ge islands grown on Si(001)" Appl. Phys. Lett., 78(12), 1763-1765 (2001).

67. J. Wan, Y.H. Luo, Z.M. Jiang, G. Jin, J.L. Liu, K.L. Wang, X.Z. Liao, and J. Zou. Effect of interdiffusion on the band alignment of GeSi dots. Appl. Phys. Lett., 79(13), 1980-1982 (2001).

68. G. Bremond, M. Serpentini, A. Souifi, G. Guillot, B. Jacquier, M. Abdallah, I. Berbezier, and B. Joyce. Optical study of germanium nanostructures grown on a Si(l 18) vicinal substrate. Microelectron. J., 30, 357-362 (1999).

69. В.Л.Бонч-Бруевич, С.Г.Калашников «Физика полупроводников» с.297, М. «Наука», 1977.

70. М. Grundmann, О. Stier, and D. Bimberg. Phys. Rev. "InAs pyramidal quantum dots: strain distribution, optical phonons, and electronic structure" В 52 (16), 11969 (1995).

71. Г.Э.Цырлин, А.А.Тонких, В.Э.Птицын, В.Г.Дубровский, С.А.Масалов, В.П.Евтихиев, Д.В.Денисов, В.М.Устинов, P.Werner "Влияние сурьмы на морфологию и свойства массива Ge/Si(100)-KBaHTOBbix точек" ФТТ 47(1), 58-62 (2005).