Видимая и ближняя инфракрасная фотолюминесценция тонких пленок гидрогенизированного 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 УДК 621. 315. 592

' и

ОД

•] 3 'Г]

МЕДВЕДЕВ Александр Вячеславович

ВИДИМАЯ И БЛИЖНЯЯ ИНФРАКРАСНАЯ ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК ГИДРОГЕНИЗИРОВАННОГО КРЕМНИЯ

( специальность 01.04.10 - физика полупроводников и диэлектриков)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 2000

Работа выполнена в Физико-техническом институте им. А.Ф.Иоффе РАН.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук

В.Г. Голубев.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

B.В. Травников,

кандидат физико-математических наук

C.Ю. Вербин.

Ведущая организация: Санкт- Петербургский государственный

технический университет.

Защита состоится "021' 2000 г. в/^"часов на

заседании специализированного совета К. 003.23.01 при Физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе РАН по адресу: 194021, Санкт-Петербург, Политехническая улица, д. 26. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разослан ОК^йЛХ 2000 г.

Ученый секретарь специализированного совета

кандидат физико- математических наук Г.С. Куликов

Общая характеристика работы.

Диссертация посвящена исследованию излучательных свойств собственных и легированных эрбием тонких пленок гидрогенизированного кремния. Особое внимание уделено изучению влияния нанокристаллической фазы на излучательный процесс в видимом диапазоне спектра, а также определению истинной формы спектра фотолюминесценции излучательных центров. Исследуются излучательные свойства пленок, полученных и легированных эрбием в процессе плазмохимического газофазного осаждения (ПХГФО). Актуальность темы.

В настоящее время прогресс в области полупроводниковых оптоэлектронных материалов в большой мере обусловлен возможностью создания и исследования объектов пониженной размерности с квантовыми свойствами. Низкоразмерные кремниевые структуры, такие как пористый и нанокристаллический кремний привлекают повышенное внимание с точки зрения как фундаментальной физики, так и применения в оптоэлектронных устройствах благодаря способности эффективно излучать в видимой области спектра при комнатной температуре [1,2]. Несмотря на значительное количество теоретических и экспериментальных работ, посвященных исследованию излучательных свойств этих материалов, механизм фотолюминесценции в них до конца не ясен, имеющиеся сведения весьма противоречивы и не полны.

Применение нанокристаллического кремния - не единственный путь создания эффективно излучающих кремниевых материалов. Сильно гидрогенизированный аморфный кремний также интересен тем, что излучает в видимой области спектра при комнатной температуре [3,4]. Внедрение большого количества водорода в процессе осаждения приводит к возникновению в растущей кремниевой пленке водород -содержащих полимерных соединений - естественных аналогов кремниевых низкоразмерных структур. Наблюдение спектра фотолюминесценции в сине-фиолетовой области спектра с высокой квантовой эффективностью делает их перспективными с точки зрения практического использования [5].

Применяемый в данной работе метод ПХГФО хорошо совместим со стандартной кремниевой технологией. Он позволяет получать в осаждаемой пленке нанокристаллиты и менять в широких пределах их объемную долю и средний размер [6]. Это делает возможным исследование излучательных свойств материалов как со смешанным аморфно-нанокристаллическим фазовым составом, так и полностью аморфных, полученных по единой технологии. Основной интерес работы и был нацелен на выявление роли нанокристаллитов в излучательных свойствах таких материалов.

Помимо получения эффективного собственного излучения из модифицированного кремния, в последнее время активно исследуются кремниевые излучающие структуры, легированные редкоземельными элементами. Интерес обусловлен тем, что ионы редких земель ведут себя в полупроводниках как эффективные узкополосные излучательные центры как видимого, так и ближнего инфракрасного диапазонов. В частности, для трехвалентного иона эрбия один из излучательных переходов происходит на длине волны 1.54 мкм, соответствующей минимуму затухания и малой дисперсии в кварцевых волокнах [7,8]. Особенно актуальны исследования в области легирования эрбием гидрогенизированного аморфного кремния. Преимущество гидрогенизированного аморфного кремния по сравнению с кристаллическим заключается в том, что в данном материале значительно снижено температурное гашение эрбиевой фотолюминесценции, а также существенно повышен предел растворимости эрбия и активирующих его примесей, таких как азот, кислород, фтор [9,10]. Однако обычно применяемое легирование эрбием с помощью ионной имплантации, а также магнетронного распыления эрбий-кремниевой мишени в атмосфере силана приводит к образованию большого количества собственных дефектов в растущих аморфных пленках, что существенно затрудняет их использование в инжекционных р-ьп - структурах. Кроме того, в таких методах эрбий и примесь, необходимая для создания его эффективного лигандного окружения, внедряются в пленку по отдельности друг от друга, вследствие чего затрудняется их объединение в излучательный центр.

Такие проблемы могут быть во многом решены применением в качестве матрицы для ионов эрбия гидрогенизированного аморфного кремния, полученного методом ПХГФО. Эта технология совместима с кремниевой интегральной технологией. Помимо низкой плотности дефектов в осаждаемых слоях здесь существует возможность внедрять эрбий в растущую пленку сразу в виде оптически активных эрбиевых комплексов, используя в качестве прекурсоров подходящие эрбий- содержащие соединения [11].

Таким образом, единая кремниевая технология ПХГФО гидрогенизированных кремниевых пленок, хорошо совместимая со стандартной интегральной кремниевой технологией, может быть успешно использована для создания эффективно излучающих при комнатной температуре кремниевых пленок как в видимом, так и в ближнем инфракрасном диапазонах спектра.

Основной целью настоящей работы являлось исследование излуч&тельных свойств собственных и легированных эрбием гидрогенизированных кремниевых пленок, полученных и легированных в процессе ПХГФО. Для достижения данной цели ставились и решались следующие задачи.

1 .Исследовать фазовый состав получаемых методом ПХГФО гидрогенизированных кремниевых пленок в зависимости от условий осаждения.

2.Изучить фотолюминесцентные свойства как аморфных, так и аморфно-нанокристаллических гидрогенизированных пленок с различной объемной долей нанокристаллитов.

3.Исследовать фотолюминесценцию пленок, легированных эрбием в процессе осаждения методом ПХГФО из специально синтезированного фторсодержащего металлорганического комплекса Ег(НРА)3*ОМЕ (НРА=СР3С(0)СНС(0)СР3, ВМЕ=СН3ОСН2СН2ОСН3).

4.Исследовать влияние низкотемпературного термического отжига эрбий -содержащих пленок на интенсивность внутрицентровой (41п/2 -> 4115/2 в оболочке ' ионов Ег3+) фотолюминесценции в области 1.54 мкм.

Научная новизна полученных результатов состоит в следующем.

1.Излучение из гидрогенизированной кремниевой пленки со смешанным аморфно-нанокристаллическим фазовым составом связано с одним типом излучательных центров.

2.Разработан аналитический подход, позволяющий определять истинную форму спектра фотолюминесценции аморфно-нанокристаллического кремния с учетом эффектов интерференции в оптически тонких пленках.

3.Исходя из оценок объемной доли нанокристаллитов, при которой фотолюминесценция образцов практически исчезает, дана независимая оценка размеров области локализации электронно-дырочной пары.

4.Показано, что пленки легированного эрбием гидрогенгоированного аморфного кремния, полученные в рамках стандартной низкотемпературной технологии ПХГФО, эффективно излучают при комнатной температуре в области 1.54 мкм.

Практическая ценность полученных результатов состоит в следующем. 1.Разработана методика, позволяющая восстанавливать истинный спектр излучательного центра в оптически тонких пленках, исключив влияние интерференции Фабри-Перо. 2.Отработана технология получения легированных эрбием тонких пленок гидрогенизированного аморфного кремния приборного качества перспективного для создания светоизлучающих диодов на длину волны 1.54 мкм.

На защиту выносится:

1 .Разработанная методика моделирования спектра излучения центра, внесенного в тонкопленочный интерферометр Фабри-Перо. Методика позволяет восстановить истинный спектр фотолюминесценции излучательных центров в тонких пленках гидрогенизированного кремния со смешанным аморфно-нанокристаллическим фазовым составом, исключив влияние эффектов интерференции. Истинная форма спектра излучения может быть восстановлена делением спектра фотолюминесценции на спектр пропускания пленки.

2.Вывод о том, что фотолюминесценция в видимой области спектра при комнатной температуре в гидрогенизированном аморфно-нанокристаллическом кремнии обусловлена излучательной рекомбинацией в сильно гидрогенизированных аморфных межкристаллитных областях тшенки. Увеличение объемной доли нанокристаллитов ведет к снижению интенсивности фотолюминесценции и ее полному затуханию, когда средняя толщина межкристаллитных прослоек становится сравнимой с размером области локализации электронно-дырочной пары.

3.У становление соответствия между технологическими параметрами получения пленок гидрогенизированного аморфного кремния, легированного эрбием в процессе плазмохимического газофазного осаждения из специально синтезированного металлорганического соединения Er(HFA)3*DME (HFA=CF3C(0)CHC(0)CF3, ОМЕ=СН3ОСН2СН2ОСНз), и спектральными характеристиками фотолюминесценции полученных пленок в области 1.54 мкм, соответствующей внутрицентровому переходу 4113/г ~>41и/2 редкоземельного иона Er3+.

Апробация работы.

Материалы диссертационной работы докладывались на: 3-ей Международной конференции по фуллеренам и атомным кластерам (Россия), 1997 г.; 3-ей Всероссийской конференции по физике полупроводников (Москва), 1997 г.; Всероссийском симпозиуме с участием ученых из стран СНГ "Аморфные и нанокристаллические полупроводники" (С.-Петербург), 1998 г.; 24-ой Международной конференции по физике полупроводников (Израиль), 1998 г.; Европейской весенней конференции общества по исследованию материалов (Франция), 1998 г.; Весенней конференции общества по исследованию материалов (США), 1998 г.; 18-ой Международной конференции по аморфным и

микрокристаллическим полупроводникам (США), 1999 г.; 4-ой Международной конференции по фуллеренам и атомным кластерам (Россия), 1999 г. и на семинарах в ФТИ им. А.Ф.Иоффе РАН.

Структура н обьем диссертации.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, выводов и библиографического списка. Содержит 165 страниц, 69 рисунков на 39 страницах, 2 таблицы на 2-х страницах, 110 библиографических ссылок на 13 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, отмечена научная новизна работы и ее практическая значимость, приведены выносимые на защиту положения.

В первой главе рассматриваются экспериментальные исследования оптических свойств кремниевых пленок смешанного аморфно-нанокристаллического фазового состава. Приводятся сведения о моделях излучательной рекомбинации, дан их критический анализ. Особое внимание уделено многополосной фотолюминесценции в пленках, содержащих несколько типов излучательных центров, а также излучательным свойствам нанокристаллитов, находящихся в различных аморфных матрицах. Сделан анализ экспериментальных данных по исследованию спектров фотолюминесценции и их связи с размерами и объемной долей нанокристаллитов. Обсуждаются противоречия, возникающие при интерпретации полученных результатов. Сравнивается эффективность фотолюминесценции кристаллических и аморфных кремниевых пленок, легированных эрбием, обсуждаются необходимые условия возникновения внутрицентровой эрбиевой фотолюминесценции в кремниевой матрице. Рассматриваются существующие сегодня способы получения легированного эрбием аморфного кремния, дан их критический анализ.

В конце главы на основе анализа литературных данных формируются цель и задачи настоящего исследования.

Во второй главе обосновывается выбранный и реализованный метод получения как собственных гидрогенизированных аморфно нанокристаллических кремниевых пленок, так и легированных эрбием в процессе роста с помощью специально синтезированного металлорганического соединения. Рассматриваются достоинства используемого соединения, его совместимость с применяемой в работе технологией осаждения гидрогенизированных аморфных пленок. Обсуждается роль водорода в процессе получения пленок с контролируемым фазовым составом.

Показано, что изменением мощности разряда можно регулировать в достаточно широких пределах объемную долю нанокристаллитов. Обнаружено, что получаемые методом ПХГФО пленки содержали значительное (до 37%) количество связанного водорода, что позволяет рассматривать такой материал как сильно гидрогенизированный аморфный кремний. Описывается технологическая установка ПХГФО и экспериментальные установки для исследования спектральных характеристик пленок как в видимом, так и в ближнем инфракрасном диапазонах. Спектры фотолюминесценции и пропускания измерялись на автоматизированной установке, созданной на основе монохроматора МДР-23. В качестве фотоприемника при измерении видимой фотолюминесценции использовался фотоумножитель ФЭУ-62, для измерения края поглощения применялся ФЭУ-79. Измерение спектров фотолюминесценции в ближней инфракрасной области проводилось охлаждаемым германиевым фотодиодом ФД9Э-111, работающим в фотовольтаическом режиме. Возбуждение фотолюминесценции аморфно-нанокристаллических пленок осуществлялось излучением аргонового лазера (4880 А). Возбуждение фотолюминесценции в пленках, содержащих эрбий, проводилось с помощью как аргонового лазера, так и криптонового лазера (6471 А). В конце главы приведены таблицы основных параметров.полученных по данной технологии образцов.

В третьей главе описываются интерферометрические и эллипсометрнческие методы определения толщины и показателя преломления пленок.

Приведена методика

определения пористости гидрогенизированных пленок по значениям показателя преломления. Обнаружено, что получаемые сильно гидрогенизированные пленки обладают большой (до 40%) пористостью и, как следствие, сравнительно небольшим показателем преломления -2.2 - 2.8. Определение размеров и концентрации нанокристаллитов осуществлялось с помошыо рамановской спектроскопии.

Рамановский сдвиг, см'1

Рис.1. Экспериментальный рамановский спектр и теоретический расчет для аморфно-нанокристаллической пленки, где 1 -"аморфная" компонента,

2 -"нанокристаллическая" компонента,

3 -"суммарный спектр".

Для теоретического описания нанокристаллической компоненты спектра рамановского рассеяния использовалась модель сильного пространственного ограничения оптических фононов, имеющего место в наноразмерных кристаллитах. Компонента спектра рассеяния, соответствующая аморфной фазе, аппроксимировалась гауссовой функцией. Методом наименьших квадратов была проведена процедура подгонки экспериментальных данных и теории (рис.1). В качестве подгоночных параметров использовались средний диаметр нанокристаллитов и амплитуда каждой из компонент. Исследовалась корреляционная зависимость между удельной проводимостью и отношением интенсивностей рассеяния нанокристаллической и аморфной компонент. Обнаружено, что проводимость резко возрастает в очень узком интервале значений отношения интенсивностей рассеяния. Показано, что интерпретация данных в рамках теории протекания позволяет определить отношение интегральных поперечных сечений рассеяния

нанокристаллической и аморфной фаз (сг11С/ста~ 0.9-1.0) и провести количественную оценку объемной доли каждой фазы. Знание отношения стпс/ст3 и пористости пленок позволяет определять объемную долю нанокристаллитов по отношению ко всему объему пленки, которая в исследуемых излучающих пленках находилась в пределах 0 - 25%. Размер нанокристаллитов менялся в пределах 30 - 50 А.

В четвертой главе приведены экспериментальные данные по изучению спектральных характеристик сильно гидрогенизированных аморфных и нанокристаллических пленок в диапазоне длин волн 0.6 - 1 мкм. Показано, что кремниевая пленка на подложке по своим оптическим свойствам близка к интерферометру Фабри-Перо. Поэтому соотношениях показателя преломления и толщины интерференционных максимумов в исследуемой спектральной области может быть ограничено двумя - тремя широкими пиками, маскирующими истинный спектр фотолюминесценции (рис.2). Следовательно, обычно наблюдаемые в многофазных кремниевых пленках особенности в спектрах фотолюминесценции могут иметь

при определенных пленки количество

Г \ /'\ \

/ / \ ' \ ' ^ 1 . \ 2 /

/1 /

1.2

1.8

2.0

1.4 1.6

Энергия,эВ Рис.2. 1- экспериментальный спектр фотолюминесценции, 2- спектр пропускания а-БЖ/пс-Б! пленки.

чисто интерференционную природу, а не быть связанными с

присутствием различных типов излучательных центров. Выведены соотношения, описывающие люминесценцию центра, находящегося в интерферометре Фабри-Перо. Показано, что в системе 'пленка- прозрачная подложка', допускающей возбуждение со стороны подложки, истинный спектр излучения может быть восстановлен делением спектра фотолюминесценции на экспериментальный спектр пропускания исследуемого образца (рис.3). В случае же непрозрачной подложки истинный спектр излучательного центра может быть получен путем регистрации р- поляризованной компоненты излучения под углом выхода излучения, близким к углу Брюстера.

Анализ спектров,

выполненный с учетом интерференционных поправок, показал, что во всем диапазоне фазового состава полученных аморфно-

нанокристаллических пленок формируется только одна полоса излучения.

Теоретически исследовано влияние интерференции на спектр фотолюминесценции в случае большого и малого поглощения возбуждающего излучения. Показано, что в случае возбуждения со стороны пленки форма регистрируемого спектра фотолюминесценции претерпевает существенные изменения по мере роста коэффициента поглощения возбуждающего излучения. В особо тонких (с!<0.2 мкм) пленках образуется один максимум в спектре фотолюминесценции, однако его положение весьма чувствительно к изменениям толщины и показателя преломления пленки. Обнаружено, что положение пика фотолюминесценции

гидрогенизированных кремниевых пленок с учетом интерференционной поправки не зависит от размеров и объемной доли нанокристаллитов и находится в области 1.5 - 1.6 эВ. Следовательно, наблюдаемая в видимом диапазоне спектра фотолюминесценция не связана с квантово-размерным эффектом в нанокристаллитах. Ширина запрещенной зоны росла по мере увеличения содержания водорода и достигала 2.0 - 2.1 эВ. Интенсивность сигнала фотолюминесценции падала менее чем на два порядка с ростом температуры от азотной до комнатной, в то время как у обычного аморфного кремния - более чем на четыре порядка.

Энергия, эВ.

Рис.3. 1-экспериментальный спектр, 77К, 2-точки - спектр ФЛ, восстановленный делением 1 на спектр пропускания.

Показано, что с ростом объемной доли нанокристаллитов интенсивность фотолюминесценции монотонно спадала, а при достижении объемной доли порядка 25% исчезала совсем (рис.4). Предполагается, что по мере роста объемной доли нанокристаллитов толщина аморфной прослойки между ними уменьшается и одновременно увеличивается вероятность делокализации связанных электронно-дырочных пар в нано-кристаллическую область. Образующиеся нано-кристаллические кластеры играют роль стока фото-генерированных носителей к безызлучательным центрам рекомбинации. Быстрая кинетика спада сигнала фотолюминесценции от времени (~2 не) предполагает сильную локализацию электронно-дырочной пары в момент ее рекомбинации.

Мы считаем, что наблюдаемое излучение связано с рекомбинацией носителей в межкристаллитных аморфных прослойках. Исходя из предельной для наблюдения фотолюминесценции объемной доли нанокристаллитов, была сделана независимая оценка среднего размера области локализации электронно-дырочной пары - около 12А.

В пятой главе рассмотрены излучательные свойства легированных эрбием гидрогенизированных аморфных пленок, полученных как методом ПХГФО, так и магнетронным сораспылением эрбиевой и кремниевой мишеней. Спектры пленок, легированных эрбием с помощью эрбий-содержащего металлорганического комплекса в процессе ПХГФО, содержали, помимо узкой эрбиевой (7-10 мэВ) линии в области 1.54 мкм, еще две широкие (порядка 0.4 эВ каждая полоса) (рис.5). Коротковолновая полоса в области 0.6 мкм связана с присутствием в пленках углерода, внесенного из металлорганического комплекса, длинноволновая в области 1 мкм обусловлена переходами между хвостами плотностей локализованных состояний в нелегированном аморфном кремнии. Показано, что отношение концентраций примесей в пленках приблизительно равно соответствующим отношениям в исходном металлорганическом комплексе и достаточно для формирования оптически активных центров.

10 15 20 25 30 35 %

Рис.4. Зависимость интенсивности фотолюминесценции от объемной доли нанокристаллитов.

(Концентрация эрбия составила ~ 1019 см0, фтора

-л20

~ 10 темповой

см"3,

углерода ~ 3*10 проводимости 10'"

,20

2*1020 см"3, кислорода

см" .) Отношение фотопроводимости к

составило примерно Ш', что свидетельствует об

удовлетворительном электронном качестве пленок. Последнее обстоятельство также выгодно отличает их от получаемых магнетронного и ионной Выращенные подвергались

0.6 0.7 0.9 1.1 1.3 1.5 1.7 Длина волны, мкм

Рис.5. ФЛ a-Si(Er):H пленки: 1 -77К, 2-300К. а) измерения ФЭУ, б) измерения фотодиодом

1,0 0.90.7 0.5 0.3 0.1

\

ПХГФО + Е r(HFA)j*D М Е. — магнетронное сораспыление

/

методом сораспыления имплантации.

пленки термическому отжигу, причем максимальное увеличение эрбиевой фотолюминесценции достигалось при температурах отжига порядка 300°С (рис.6).

Это имеет принципиальное значение с точки зрения совместимости с интегральной кремниевой технологией.

Предложен механизм, объясняющий увеличение интенсивности фотолюминесценции в области 1.54 мкм в процессе структурной перестройки гидрогенизиро-

ванной аморфной сетки, возникающей при отжиге пленок. Его главная идея состоит в том, что в неупорядоченном материале существует экспоненциальный разброс высот диффузионных барьеров для примесей, приводящий к существенному увеличению их подвижности в некоторой локальной области. Вследствие этого повышается вероятность соединения эрбия с кислородом или фтором в излучательный центр в пределах данной локальной области. Термический отжиг ведет к структурной перестройке аморфной сетки, что стимулирует процессы диффузии. Наблюдаемый относительно узкий интервал температур отжигов, влияющих на фотолюминесценцию пленок, полученных методом ПХГФО с

100 200 300 400 500 600 700 800 С

Рис.6. Зависимость нормированной интенсивности фотолюминесценции на длине волны 1.54 мкм от температуры отжига.

использованием металлорганического комплекса, свидетельствует о малой дисперсии высот диффузионных барьеров по сравнению с пленками, полученными другими методами. Обнаружено, что сигнал эрбиевой фотолюминесценции в неотожженных пленках, полученных методом ПХГФО, был лишь в несколько раз меньше, чем в отожженных. В то время как у полученных магнетронным сораспылением пленок аналогичная разница превышала пятьдесят раз. Предполагается, что при легировании с использованием металлорганического соединения уже в процессе осаждения пленки формируются комплексы, локальное лигандпое окружение атомов зрбия в которых способствует их оптической активации. Основные результаты и выводы.

1 .Исследованы рамановскне спектры и электропроводность пленок гидрогенизированного кремния со смешанным аморфно-нанокристаллическим фазовым составом. Показано, что интерпретация экспериментальных результатов в рамках теории протекания позволяет определить отношение интегральных поперечных сечений рамановского рассеяния нанокристаллической и аморфной фаз и провести количественную оценку объемной доли каждой фазы. 2.Исследование фотолюминесценции оптически тонких пленок гидрогенизированного аморфно-нанокристаллического кремния показало сильное влияние интерференции Фабри-Перо на форму спектров. Получены аналитические выражения, описывающие форму полосы излучения с учетом интерференционных поправок. Показано, что истинный спектр излучения может быть восстановлен делением спектра фотолюминесценции на экспериментальный спектр пропускания исследуемой пленки. 3 .Анализ спектров фотолюминесценции, выполненный с учетом интерференционных поправок, показал, что в области 0.6-1.0 мкм формируется только одна интенсивная полоса излучения, обусловленная рекомбинацией носителей заряда на центрах одного и того же типа. Данная полоса наблюдается при комнатной температуре и связана с излучателыюй рекомбинацией в сильно гидрогенизированных межкристаллит ных областях пленки аморфно-нанокристаллического кремния.

4.Показано, что увеличение объемной доли нанокристаллитов ведет к снижению интенсивности фотолюминесценции в гидрогенизированном аморфно-нанокристаллическом кремнии. Уменьшение интенсивности фотолюминесценции происходит в результате возрастания вероятности ухода фотовозбужденных носителей к безызлучательным центрам рекомбинации по формирующимся протяженным нанокристаллическим кластерам. С превышением объемной доли нанокристаллитов величины,

13

равной приблизительно 25%, толщина межкристаллитной прослойки становится меньше размеров области локализации электронно-дырочной пары (~10-12Ä), электронно-дырочная пара распадается, вследствие чего происходит резкий спад сигнала фотолюминесценции.

5.Показано, что пленки легированного эрбием гидрогенизированного аморфного кремния (a-Si(Er):H), полученные в рамках стандартной низкотемпературной (< 300°С) технологии плазмохимического газофазного осаждения (ПХГФО) излучают в области 1.54 мкм при комнатной температуре. В качестве источника Er использован специально синтезированный фторсодержащий металлорганический комплекс Er(HFA)3*DME (HFA=CF3C(0)CHC(0)CF3, DME=CH3OCH2CH2OCH3), обладающий низкой (порядка 100°С) температурой перехода в газовую фазу при рабочих давлениях (0.1- 0.5 Topp) метода ПХГФО.

6.Исследованы особенности спектров фотолюминесценции a-Si(Er):H в диапазоне 0.5-1.7 мкм при 77 и 300 К. Наблюдаемая "двугорбая" структура спектра в диапазоне 0.5-1.4 мкм связана с негомогенностью, присущей аморфным гидрогенизированным пленкам смешанного кремний - углеродного и кремний - кислородного состава. Отношение фотопроводимости к темновой проводимости порядка 104 в синтезированных пленках свидетельствует об их удовлетворительном электронном качестве.

7.Исследовано влияние кумулятивного термического отжига на 1.54 мкм фотолюминесценцию пленок a-Si:H, легированных эрбием в процессе магнетронного распыления мишени Si-Er, а также пленок, полученных стандартным методом ПХГФО с использованием фторсодержащего металлорганического комплекса Er(HFA)3*DME. При оптимальных температуре (300°С) и длительности отжига в атмосфере азота обнаружено резкое возрастание сигнала фотолюминесценции (в ~ 50 раз для пленок, полученных магнетронным распылением и ~ 10 раз для пленок, полученных методом ПХГФО с использованием металлорганического комплекса). При температуре отжига более 500°С сигнал фотолюминесценции спадал практически до нуля. Предложен механизм, объясняющий возникающее при отжиге пленок увеличение интенсивности фотолюминесценции в области 1.54 мкм происходящей при этом перестройкой неупорядоченной структурной сетки a-Si:H.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. В.Г.Голубев, В.Ю.Давыдов, А.В.Медведев, А.Б.Певцов, Н.А.Феоктистов. Спектры рамановского рассеяния и электропроводность тонких плёнок кремния со смешанным аморфно-нанокристаллическим фазовым составом: определение объёмной доли нанокристаллической фазы. // ФТТ, 1997, т.39, №8, с.1348 - 1353.

14

2. N.A.Feoktistov, V.G.Golubev, A.V.Medvedev, A.B.Pevtsov. Optical and structural properties of Si nanocrystalline PECVD thin films.// Abstracts of the 3rd International Workshop " Fullerenes and atomic clusters ", 1997, p.273, St.-Petersburg.

3. В.Г.Голубев, А.В.Медведев, А.Б.Певцов, А.В.Селькин, Н.А.Феоктнстов. Фотолюминесценция тонких пленок аморфно-нанокристаллического кремния. // Тезисы докладов Всероссийского симпозиума с участием стран СНГ, 1998, С.-Петербург, с.83.

4. В.Б.Воронков, В.Г.Голубев, Н.И.Горшков, А.В.Медведев, А.Б.Певцов, Д.Н.Суглобов, Н.А.Феоктистов. Получение излучающих на длине волны 1.54 мкм пленок a-Si:H, легированных эрбием из металлоорганического соединения Er(HFA)3*DME в процессе плазмохимического газофазного осаждения. И Письма в ЖТФ, 1998, т.24, №13, с.8-13.

5. В.Б.Воронков, В.Г.Голубев, Н.И.Горшков, А.В.Медведев, А.Б.Певцов, Д.Н.Суглобов, Н.А.Феоктистов. Фотолюминесценция пленок a-Si:H, легированных эрбием из металлорганического соединения Er(HFA)3*DME в процессе плазмохимического газофазного осаждения. //ФТТ, 1998, т.40, №8, с.1433-1436.

6. N.A.Feoktistov, V.G.Golubev, N.I.Gorshkov, A.V.Medvedev, A.B.Pevtsov, D.N.Suglobov,V.B.Voronkov. Photoluminescence of a-Si(Er):H prepared by metalorganic assisted standard PECVD. // Abstracts of the 24-th Intern. Conf. Physics Semicond., 1998, p.Th-P179, Jerusalem.

7. N.A.Feoktistov,V.G.Golubev, A.V.Medvedev, A.B.Pevtsov. Erbium-doped a-Si:H films fabricated by standard PECVD using metalorganics.// Procceedings of 1998 Materials Research Society Spring Meeting, 1998, V.507, pp.255- 260, Warrendale, PA, USA.

8. A.A.Andreev, V.G.Golubev, A.V.Medvedev, A.B.Pevtsov, V.B.Voronkov. Annealing effect on the activation of 1.54 mkm emission from erbium in a-Si:H matrix prepared by DC magnetron sputtering.// Procceedings of 1998 Materials Research Society Spring Meeting, 1998, V.507, pp.297-302, Warrendale, PA, USA.

9. А.А.Андреев, В.Б.Воронков, В.Г.Голубев, А.В.Медведев, А.Б.Певцов. Влияние термического отжига на интенсивность полосы фотолюминесценции 1.54 мкм в легированном эрбием гидрогенизированном аморфном кремнии. // ФТП, 1999, т.ЗЗ, №1, с. 106-109.

10. В.Г.Голубев, А.В.Медведев, А.Б.Певцов, А.В.Селькин, Н.А.Феоктистов. Фотолюминесценция тонких пленок аморфно-нанокристаллического кремния.//ФТТ, 1999, т.41,№1, с.153-158.

Цитируемая литература

1. L. Canham. Silicon quantum wire array fabricated by electrochemical and chemical dissociation of wafers. // Appl. Phys. Lett., 1990, V.57, №10, pp.1046- 1048.

2. Y. Kanemitsu. Visible photoluminescence from oxidized Si nanometer - sized spheres: exciton confinement on spherical shell. // Phys. Rev. B, 1993, V.48, №7, pp. 4883 - 4886.

3. D. Wolford, J.Reimer, and B. Scott. Efficient visible photoluminescence in the binary a- Si:Hx alloy system. // Appl. Phys. Lett., 1983, V.42, № 4, pp.369-371.

4. K. Akiyama, A. Ogiwara, H. Ogawa. Visible photoluminescence in highly photoconductive hydrogenated amorphous silicon deposited by glow discharge of SiH4 highly diluted with He. // Jpn. J. Appl.Phys., 1994, V.33, Part 1, № 10, pp. 5793 -5800.

5. Y. Kanemitsu, K. Suzuki, S. Kyushin and H. Matsumoto. Visible photoluminescence from silicon-backbone polymers. // Phys. Rev. B, 1995, V.51, №19, pp.13103 -13110.

6. M. Otobe, S. Oda. Role of Hydrogen Radical Treatment in Nucleation of Nanocrystalline Silicon. // Jpn. J. Appl.Phys., 1992, V.31, Part 1, № 10A,

. pp. L1443.-L1445.

7. H.A. Соболев. Светоизлучающие структуры Si:Er. Технология и

физические свойства. //ФТТ, 1995, т.29,№7, с.1153 - 1177.

8. A.Polman. Erbium implanted thin film photonic materials. // J.Appl.Phys., 1997, V.82,№l,pp. 1 -39.

9. M.S. Bresler, O.B.Gusev, V.Kh. Kudoyarova et al. Room- temperature photoluminescence of erbium-doped hydrogenated amorphous silicon.

//Appl.Phys.Lett., 1995, V.67, №24, pp. 3599 - 3601.

10. A.R. Zanatta, L.A.O. Nunes, L.R. Tessler. Erbium luminescence from hydrogenated amorphous silicon erbium prepared by cosputtering. // Appl. Phys. Lett., 1997, V.70,№4, pp.511-513.

11. P.S. Andry, W.J. Varhue, P. Ladipo et al. Growth of Er- doped silicon using metalorganics by plasma - enhanced chemical vapor deposition.

//J. Appl.Phys, 1996, V.80, № 1, pp.551 - 558.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

§ 1.1 Светоизлучающие свойства аморфно-нанокристаллического кремния.

§ 1.2 Светоизлучающие свойства кремниевых пленок, легированных эрбием.

§ 1.3 Постановка задачи.

ГЛАВА II. ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПЛЕНОК И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ

МЕТОДИКИ ИХ ИССЛЕДОВАНИЯ.

§ 2.1 Получение аморфно - нанокристаллического кремния.

§ 2.2 Получение аморфных пленок кремния, легированных эрбием.

§ 2.3 Экспериментальные установки измерения спектров фотолюминесценции, пропускания и рамановского рассеяния.

ГЛАВА III. ИССЛЕДОВАНИЕ ФАЗОВОГО СОСТАВА АМОРФНО

НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ КРЕМНИЕВЫХ ПЛЕНОК

§ 3.1 Определение показателя преломления аморфно- нанокристаллических кремниевых пленок

§ 3.1.1 Метод эффективной среды.

§ 3.1.2 Определение показателя преломления и толщины кремниевых пленок методом интерферометрии.

§ 3.1.3 Определение показателя преломления и толщины кремниевых пленок методом эллипсометрии

§ 3.2 Определение объемной доли нанокристаллической фазы.

ГЛАВА IV. ВИДИМАЯ ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ В АМОРФНО

НАНОКРИСТАЛЛИЧЕСКИХ КРЕМНИЕВЫХ ПЛЕНКАХ.

§ 4.1 Влияние интерференции Фабри-Перо на фотолюминесценцию аморфно - нанокристаллической кремниевой пленки.

§ 4.1.1 Общие замечания о фотолюминесценции гетерофазных кремниевых пленок

§ 4.1.2 Учет влияния интерференции Фабри-Перо на спектральную зависимость фотолюминесценции в случае нормального к внутренней поверхности пленки распространения света и малого поглощения.

§ 4.1.3 Результаты обработки спектров фотолюминесценции с учетом интерференционной поправки

§ 4.2 Зависимость фотолюминесценции от фазового состава пленок.

§ 4.2.1 Общая характеристика излучательных свойств сильно гидрогенизированного аморфного кремния

§ 4.2.2 Влияние нанокристаллитов на интенсивность фотолюминесценции

§ 4.2.3 Кинетика фотолюминесценции аморфно-нанокристаллической кремниевой пленки.

§4.2.4 Связь проводимости и температурного гашения фотолюминесценции

ГЛАВА V. ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ ЛЕГИРОВАННЫХ ЭРБИЕМ

ГИДРОГЕНИЗИРОВАННЫХ ПЛЕНОК АМОРФНОГО КРЕМНИЯ.

Вводные замечания.

§ 5.1 Фотолюминесценция пленок аморфного гидрогенизированного кремния, легированных эрбием из металлорганического соединения Ег(НРА)з*ОМЕ в процессе плазмохимического газофазного осаждения.

§ 5.2 Влияние термического отжига на интенсивность фотолюминесценции в области 1.54 мкм в легированном эрбием гидрогенизированном аморфном кремнии

В настоящее время прогресс в области полупроводниковых оптоэлектронных материалов в большой мере обусловлен возможностью создания и исследования объектов пониженной размерности с квантовыми свойствами. Например, низкоразмерные кремниевые структуры, такие как пористый и нанокристаллический кремний привлекают повышенное внимание с точки зрения как фундаментальной физики так и применения в оптоэлектронных устройствах благодаря способности эффективно излучать в видимой области спектра при комнатной температуре. Несмотря на значительное количество теоретических и экспериментальных работ, посвященных исследованию излучательных свойств кремниевых наноструктурных материалов, механизм фотолюминесценции в них до конца не ясен, имеющиеся сведения весьма противоречивы и не полны.

Применение нанокристаллического кремния - далеко не единственный путь создания перспективных эффективно излучающих кремниевых материалов. Сильно гидрогенизированный аморфный кремний также интересен своей способностью излучать в видимой области спектра даже при комнатной температуре. Внедрение большого количества водорода в процессе осаждения приводят к возникновению в растущей кремниевой пленке водород-содержащих полимерных соединений - естественных аналогов кремниевых низкоразмерных структур. Регистрация узкой полосы поглощения в области 3-4 эВ у некоторых разновидностей этих соединений отражает их одномерный прямозонный характер. Наблюдение узкого спектра фотолюминесценции в сине-фиолетовой области спектра с высокой (-0.1) квантовой эффективностью делает этот материал перспективным с точки зрения их излучательных свойств.

В последние годы реализована возможность получать эти материалы, используя методы, близкие к технологии осаждения тонких пленок обычного аморфного кремния, широко применяемого в микроэлектронике. В частности, применяемый в данной работе метод плазмохимического газофазного осаждения позволяет получать тонкие кремниевые пленки на больших площадях, малочувствителен к выбору подложек и использует относительно небольшие температуры осаждения. Кроме того, получаемые таким образом пленки характеризуются низкой плотностью состояний в щели подвижности, что важно для получения высокой эффективности излучения при комнатной температуре. Привлекательным моментом данного способа является возможность получать в осаждаемой пленке нанокристаллиты и менять в широких пределах их объемную долю и средний размер. Дело в том, что материалы со смешанным аморфно-нанокристаллическим фазовым составом также интересны своей способностью излучать в видимом диапазоне спектра. Поэтому основной интерес работы и был нацелен на выявление роли нанокристаллитов в излучательных свойствах этих материалов. Таким образом, реализуется возможность исследовать и сравнить излучательные свойства материалов как со смешанным аморфно-нанокристаллическим фазовым составом, так и полностью аморфных, полученных по единой технологии.

Исследовательских работ по излучательным свойствам сильногидрогенизированного аморфного кремния, в отличие от нанокристаллического кремния, существенно меньше. Однако это ни в коей мере не умаляет актуальности исследования излучательных свойств такого дешевого и относительно легко получаемого материала. Отметим, что во многих работах фотолюминесценцию пористого и нанокристаллического кремния связывают именно с присутствием водород - содержащих полимерных соединений в этих материалах.

Помимо получения собственного излучения из аморфного кремния в последнее время активно исследуются кремниевые излучающие структуры, легированные редкоземельными элементами. Интерес обусловлен тем, что ионы редких земель ведут себя в полупроводниках как эффективные узкополосные излучательные центры как видимого, так и ближнего инфракрасного диапазонов. В частности, для трех валентного иона эрбия один из излучательных переходов происходит на длине волны 1.54 мкм, соответствующей минимуму затухания и дисперсии в кварцевых волокнах. Сочетание таких важных для кремниевой оптсэлектроники свойств, как возможность электронной накачки редкоземельных ионов в полупроводниковых структурах, а также слабая зависимость длины волны излучения от условий возбуждения и температуры открывает широкие перспективы создания температурно-стабильных кремниевых инжекционных лазеров и усилителей. Большое значение для обеспечения максимальной эффективности эрбиевой фотолюминесценции имеют свойства кремниевой матрицы, в которую осуществляется внедрение ионов эрбия, что не в малой степени определяется технологией ее изготовления и способом внедрения ионов.

Особенно актуальны исследования в области легирования эрбием гидрогенизированного аморфного кремния. Преимущество гидрогенизированного аморфного кремния по сравнению с кристаллическим заключается в том, что он позволяет значительно снизить температурное гашение эрбиевой фотолюминесценции, а также существенно повысить предел растворимости эрбия и активирующих его примесей таких как азот, кислород, фтор. Однако обычно применяемое легирование эрбием с помощью ионной имплантации, а также магнетронное распыление эрбий-кремниевой мишени в атмосфере силана приводит к образованию большого количества собственных дефектов в растущих аморфных пленках, что существенно затрудняет их использование в инжекционных рч-п структурах. Кроме того, в таких методах эрбий и примесь, необходимая для создания его эффективного лигандного окружения эрбия, внедряются в пленку по отдельности друг от друга, следствием чего затрудняется их объединение в излучательный центр.

Такие проблемы могут быть во многом решены применением в качестве матрицы для ионов эрбия гидрогенизированного аморфного кремния, полученного методом плазмохимического газофазного осаждения. Эта технология, что весьма важно, хорошо отработана и совместима с кремниевой интегральной технологией. Помимо низкой плотности дефектов в осаждаемых слоях здесь существует возможность внедрять эрбий в растущую пленку сразу в виде оптически активных эрбиевых комплексов, используя в качестве прекурсоров подходящие эрбий-содержащие соединения. Однако задача переноса исходного состава таких соединений в кремниевую матрицу не всегда полностью осуществима. Поэтому обычно для объединения эрбия с активирующими его примесями требуется термический отжиг осажденных пленок, стимулирующий диффузию этих примесей к ионам эрбия. При этом важно, что коэффициенты диффузии примесей в аморфном материале на несколько порядков выше, чем в кристаллическом. Благодаря этому необходимые отжиги возможно проводить при достаточно низких температурах, что также облегчает совместимость данного процесса с интегральной кремниевой технологией.

Следует заметить, что оптимальное созданное устойчивое эрбиевое окружение позволило бы снизить взаимодействие эрбиевого комплекса с окружающей его аморфной сеткой, тем самым уменьшив обратный перенос энергии к кремниевой решетке от возбужденных ионов эрбия посредством многофононного процесса.

Соответственно это должно повысить эффективность фотолюминесценции и снизило бы ее температурное гашение.

Таким образом, единая кремниевая технология плазмохимического газофазного осаждения гидрогенизированных кремниевых пленок, хорошо совместимая со стандартной кремниевой технологией, может быть успешно использована для создания эффективно излучающих при комнатной температуре кремниевых пленок как в видимом диапазоне, так и в ближнем инфракрасном.

Основной целью настоящей работы являлось исследование излучательных свойств собственных и легированных эрбием гидрогенизированных кремниевых пленок, полученных и легированных в процессе плазмохимического газофазного осаждения.

Научная новизна полученных результатов состоит в следующем:

1. Излучение из гидрогенизированной кремниевой пленки со смешанным аморфно-нанокристаллическим фазовым составом связано с одним типом излучательных центров.

2. Разработан аналитический подход, позволяющий определять истинную форму спектра фотолюминесценции аморфно-нанокристаллического кремния с учетом эффектов интерференции в оптически тонких пленках.

3. Исходя из оценок объемной доли нанокристаллитов, при которой фотолюминесценция образцов практически исчезает, дана независимая оценка размеров области локализации электронно-дырочной пары.

4. Показано, что пленки легированного эрбием гидрогенизированного аморфного кремния, полученные в рамках стандартной низкотемпературной технологии ПХГФО, эффективно излучают при комнатной температуре в области 1.54 мкм.

Практическая ценность полученных результатов состоит в следующем:

1. Разработана методика, позволяющая восстанавливать истинный спектр излучательного центра в оптически тонких пленках, исключив влияние интерференции Фабри-Перо;

2. Отработана технология получения легированных эрбием тонких пленок гидрогенизированного аморфного кремния приборного качества, перспективного для создания светоизлучающих диодов на длину волны 1.54 мкм.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы.

Основные выводы и результаты диссертации:

1. Исследованы рамановские спектры и электропроводность пленок гидрогенизированного кремния со смешанным аморфно-нанокристаллическим фазовым составом. Показано, что интерпретация экспериментальных результатов в рамках теории протекания позволяет определить отношение интегральных поперечных сечений рамановского рассеяния нанокристаллической и аморфной фаз и провести количественную оценку объемной доли каждой фазы.

2. Исследование фотолюминесценции оптически тонких пленок гидрогенизированного аморфно-нанокристаллического кремния показало сильное влияние интерференции Фабри-Перо на форму спектров. Получены аналитические выражения, описывающие форму полосы излучения с учетом интерференционных поправок. Показано, что истинный спектр излучения может быть восстановлен делением спектра фотолюминесценции на экспериментальный спектр пропускания исследуемой пленки.

3. Анализ спектров фотолюминесценции, выполненный с учетом интерференционных поправок, показал, что в области 0.6-1.0 мкм формируется только одна интенсивная полоса излучения, обусловленная рекомбинацией носителей заряда на центрах одного и того же типа. Данная полоса наблюдается при комнатной температуре и связана с излучательной рекомбинацией в сильно гидрогенизированных межкристаллитных областях пленки аморфно-нанокристаллического кремния.

4. Показано, что увеличение объемной доли нанокристаллитов ведет к снижению интенсивности фотолюминесценции в гидрогенизированном аморфно-нанокристаллическом кремнии. Уменьшение интенсивности фотолюминесценции происходит в результате возрастания вероятности ухода фотовозбужденных носителей к безызлучательным центрам рекомбинации по формирующимся протяженным нанокристаллическим кластерам. С превышением объемной долей нанокристаллитов величины, равной приблизительно 25%, толщина межкристаллитной прослойки становится меньше размеров области локализации электронно-дырочной пары (~10-12Ä), электронно-дырочная пара распадается, вследствие чего происходит резкий спад сигнала фотолюминесценции.

5. Показано, что пленки легированного эрбием гидрогенизированного аморфного кремния (a-Si(Er):H), полученные в рамках стандартной низкотемпературной 300°С) технологии плазмохимического газофазного осаждения (ПХГФО) излучают в области 1.54 мкм при комнатной температуре. В качестве источника Er использован специально синтезированный фторсодержащий металлорганический комплекс Er(HFA)3*DME (HFA=CF3C(0)CHC(0)CF3, DME=CH3OCH2CH2OCH3), обладающий низкой (порядка 100°С) температурой перехода в газовую фазу при рабочих давлениях (0.1-0.5 Topp) метода ПХГФО.

6. Исследованы особенности спектров фотолюминесценции a-Si(Er):H в диапазоне 0.5-1.7 мкм при 77 и 300 К. Наблюдаемая "двугорбая" структура спектра в диапазоне 0.5-1.4 мкм связана с негомогенностью, присущей аморфным

149 гидрогенизированным пленкам смешанного кремний - углеродного и кремний -кислородного состава. Отношение фотопроводимости к темновой проводимости порядка 104 в синтезированных пленках свидетельствует об их удовлетворительном электронном качестве.

7. Исследовано влияние кумулятивного термического отжига на 1.54 мкм фотолюминесценцию пленок а-БШ, легированных эрбием в процессе магнетронного распыления мишени БнЕг, а также пленок, полученных стандартным методом ПХГФО с использованием фторсодержащего металлорганического комплекса Ег(НРА)з*ОМЕ. При оптимальных температуре (300°С) и длительности отжига в атмосфере азота обнаружено резкое возрастание сигнала фотолюминесценции (в ~ 50 раз для пленок, полученных магнетронным распылением и ~ 10 раз для пленок, полученных методом ПХГФО с использованием металлорганического комплекса). При температуре отжига более 500°С сигнал фотолюминесценции спадал практически до нуля. Предложен механизм, объясняющий возникающее при отжиге пленок увеличение интенсивности фотолюминесценции в области 1.54 мкм происходящей при этом перестройкой неупорядоченной структурной сетки а-вШ.

Материалы диссертационной работы докладывались: на 3-ей Международной конференции по фуллеренам и атомным кластерам (Россия), 1997 г., 3-ей Всероссийской конференции по физике полупроводников (Москва), 1997 г., на Всероссийском симпозиуме с участием ученых из стран СНГ "Аморфные и нанокристаллические полупроводники" (С.-Петербург), 1998 г., 24-ой Международной конференции по физике полупроводников (Израиль), 1998 г., Европейской весенней конференции общества по исследованию материалов (Франция), 1998г., Весенней конференции общества по исследованию материалов (США), 1998 г., 18-ой Международной конференции по аморфным и микрокристаллическим полупроводникам (США), 1999 г., на 4-ой Всероссийской конференция по физике полупроводников (Новосибирск), 1999 г., 4-ой Международной конференции по фуллеренам и атомным кластерам (Россия), 1999 г.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах :

1. В.Г.Голубев, В.Ю.Давыдов, А.В.Медведев, А.Б.Певцов, Н.А.Феоктистов. Спектры рамановского рассеяния и электропроводность тонких плёнок кремния со смешанным аморфно-нанокристаллическим фазовым составом: определение объёмной доли нанокристаллической фазы. // ФТТ, 1997, т.39, №8, с. 1348 -1353.

2. N.A.Feoktistov, V.G.Golubev, A.V.Medvedev, A.B.Pevtsov. Optical and structural properties of Si nanocrystalline PECVD thin films.// Abstracts of the 3rd International Workshop " Fullerenes and atomic clusters ", 1997, p.273, St.-Petersburg .

3. В.Г.Голубев, А.В.Медведев, А.Б.Певцов, А.В.Селькин, Н.А.Феоктистов. Фотолюминесценция тонких пленок аморфно-нанокристаллического кремния. Тезисы докладов Всероссийского симпозиума с участием стран СНГ. 1998,

C.-Петербург, с.83 .

4. В.Б.Воронков, В.Г.Голубев, Н.И.Горшков, А.В.Медведев, А.Б.Певцов, Д.Н.Суглобов, Н.А.Феоктистов. Получение излучающих на длине волны 1.54 мкм пленок a-Si:H, легированных эрбием из металлоорганического соединения Er(HFA)3*DME в процессе плазмохимического газофазного осаждения. // Письма вЖТФ, 1998, т.24, №13, с.8-13 .

5. В.Б.Воронков, В.Г.Голубев, Н.И.Горшков, А.В.Медведев, А.Б.Певцов, Д.Н.Суглобов, Н.А.Феоктистов. Фотолюминесценция пленок a-Si:H, легированных эрбием из металлорганического соединения Er(HFA)3*DME в процессе плазмохимического газофазного осаждения. // ФТТ, 1998, т.40, №8, с. 1433-1436.

6. N.A.Feoktistov, V.G.Golubev, N.I.Gorshkov, A.V.Medvedev, A.B.Pevtsov,

D.N.Suglobov.V.B.Voronkov. Photoluminescence of a-Si(Er):H prepared by metalorganic assisted standard PECVD. // Abstracts of the 24-th Intern. Conf. Physics Semicond., 1998, p.Th-P179. Jerusalem.

7. N.A.Feoktistov,V.G.Golubev, A.V.Medvedev, A.B.Pevtsov. Erbium-doped a- Si:H films fabricated by standard PECVD using metalorganics.// Procceedings of 1998 Materials Research Society Spring Meeting, 1998, V.507, pp.255- 260. Warrendale, PA, USA.

152

8. A.A.Andreev, V.G.Golubev, A.V.Medvedev, A.B.Pevtsov, V.B.Voronkov. Annealing effect on the activation of 1.54 mkm emission from erbium in a-Si:H matrix prepared by DC magnetron sputtering.// Procceedings of 1998 Materials Research Society Spring Meeting, 1998, V.507, pp.297-302. Warrendale, PA, USA.

9. А.А.Андреев, В.Б.Воронков, В.Г.Голубев, А.В.Медведев, А.Б.Певцов. Влияние термического отжига на интенсивность полосы фотолюминесценции

1.54 мкм в легированном эрбием гидрогенизированном аморфном кремнии. //ФТП, 1999, т.ЗЗ, №1, с. 106-109.

10. В.Г.Голубев, А.В.Медведев, А.Б.Певцов, А.В.Селькин, Н.А.Феоктистов. Фотолюминесценция тонких пленок аморфно-нанокристаллическогокремния. ФТТ, 1999, т.41, №1, с. 153-158.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, в рамках стандартной низкотемпературной плазмохимической газофазной технологии получены светоизлучающие при комнатной температуре как в видимом диапазоне спектра, так и в области 1.54мкм аморфно-нанокристаллические кремниевые пленки. Подбор параметров, в частности сильное разбавление исходной силановой плазмы водородом, а также использование относительно низких температур подложек привел во-первых, к появлению нанокристаллической фазы в растущей пленке, во-вторых, к ее сильной гидрогенизации. Первое обстоятельство приводит к тому, что материал характеризуется хорошими электропроводящими свойствами. Второе - к модификации структуры аморфной фазы, позволяющей получить излучение при комнатной температуре в видимой области спектра. Именно эта фаза определяет величину запрещенной зоны и фотолюминесцентные свойства a-Si:H / nc-Si при большом содержании водорода. Неравновесные носители, рожденные при поглощении возбуждающего света, оказываются локализованными в межкристаллитных сильно гидрогенизированных аморфных областях и имеют существенно меньшую подвижность, чем те, что родились в нанокристаллической области. Сильная локализация носителей в межкристаллитных прослойках способствует их излучательной рекомбинации при комнатной температуре. При этом имеется определенная средняя толщина межкристаллитных прослоек, с уменьшением которой уже невозможно существование этих сильно локализованных состояний и, следовательно, видимого светоизлучения.

Вышесказанное объясняет многие наблюдаемые явления: существенно меньшее по сравнению с обычным аморфным кремнием температурное гашение видимой фотолюминесценции, ее быстрая экситоноподобная кинетика и резкий спад интенсивности ФЛ при превышении критического значения нанокристаллической объемной доли. Использование же специально синтезированного эрбий содержащего металлорганического соединения, обладающего низкой температурой перехода в газовую фазу при рабочих давлениях метода плазмохимического газофазного осаждения, позволяет получать эффективно излучающие при комнатной температуре в области 1.54 мкм кремниевые пленки удовлетворительного электронного качества.

1. Физика гидрогенизированного аморфного кремния. Вып. 2. Пер. с англ./ Подредакцией Дж.Джуонопулоса и Дж.Люковски.-М.: Мир, 1988, 448 с.

2. Y.Wang, F.Yun,X.B.Liao et al. Luminescent hydrogenated nanocrystalline silicon films//Mat. Res. Symp. Proc., 1995, Vol.358, pp. 769-774.

3. O.Shoenfeld, Th.Hempel, X.Zhao et al. Optical, electrical and structural investigations of the transition from amorphous to microcrystalline silicon // Jpn. J. Appl.Phys., 1994, V.33, Part 1, № 11, pp. 6082-6083.

4. J. Tauc, R. Grigorovsky, A.Vancu. Optical properties and electrical structure of a- Ge // Phys. Stat. Sol. , 1966, V. 15, pp. 627 637.

5. Y.He, Ch. Yin, G. Cheng et al. The structure and properties of nanosize crystalline silicon films //J. Appl.Phys., 1994, V.75, №2, pp. 797 803.

6. X.N.Liu, S.Tong, L.Ch.Wang et al. Photoluminescence of nanocrystallites embedded in hydrogenated amorphous silicon films. // J. Appl. Phys., 1995, V.78, №10, pp.6193 6195.

7. X.N. Liu, Y. X. Xu, S. Y. Han et al. Investigation of electron spin resonance in light emitting nanocrystallites embedded in a-Si:H films. // Solid. State Commun., 1994, V. 92, № 12, pp.951- 955.

8. G.Y.Hu, R.F. O' Connell, Y.L. He et al. Electronic conductivity of hydrogenated nanocrystalline silicon films // J.Appl.Phys., 1995, V.78, № 6, pp. 3945 3948.

9. M.Wang, X.Huang, J.Xu et al. Observation of the size dependent blueshift electroluminescence from nanocrystalline Si fabricated by KrF excimer laser annealing of a-Si:H/a-SiNx:H superlattices // Appl.Phys.Lett., 1998, V.72, № 6, pp.722 -724.

10. W. Y. Cho, K. S. Lim. A simple optical properties of microcrystalline silicon for energy conversion application by the effective medium approximation method // Jpn. J. Appl.Phys., 1997, V.36, Part 1, № 3A, pp. 1094-1098.

11. C. Delerue, G. Allan, M. Lannoo. Theoretical aspects of the luminescence of porous silicon // Phys. Rev. B., 1993, V.48, № 15, pp. 11024-11036.

12. T.Takagahara, K. Takeda. Theory of the quantum confinement effect on exciton in quantum dots // Phys. Rev. B„ 1992, V.46, №23, pp. 15578 81.

13. A.A. Andreev, B.Y. Averbouch, P.Mavlyanov et al. Structure and radiative properties of nanocrystalline hydrogenated silicon. // Mater. Res. Soc. Symp. Proc., 1997, V.452., p. 681.

14. Y. Kanemitsu. Photoluminescence spectrum and dynamics in oxidized silicon nanocrystalls: a nanoscopic disoder system // Phys. Rev. B., 1996, V.53, № 20, pp. 13515-13520.

15. S.Veprec, Z.lqbal, F.A. Sarrott. A thermodinamic criterion of the crystalline-to-amorphous transition//Phyl. Mag., 1982, V.45, № 1A., pp. 137-141.

16. M.H. Brodsky. Quantum well model of hydrogenated amorphous silicon // Solid State Commun. , 1980, V.36, pp.55 59.

17. A.A. Klochikhin. Fluctuation tail of valence bands in hydrogenated amorphous silicon. // Phys. Rev. B„ 1995, V.52, №15, pp. 10979 -10991.

18. X. N. Liu, X.W. Wu, X. M. Bao et al. Photoluminescence from nanocrystallites embedded in hydrogenated amorphous silicon films prepared by plasma enhanced chemical vapor deposition//Appl.Phys. Lett., 1994, V.64, №2, pp. 220-222.

19. K. Akiyama, A. Ogiwara, H. Ogawa. Visible photoluminescence in highly photoconductive hydrogenated amorphous silicon deposited by glow discharge of SiH4 highly diluted with He // Jpn. J. Appl.Phys, 1994., V.33, Part 1, № 10, pp. 5793 5800.

20. D. J. Dunston, F. Boulitrop. Photoluminescence in hydrogenated amorphous silicon // Phys. Rev. B„ 1984, V.30, № 10, pp. 5945 5957.

21. R. A. Street. Luminescence properties of hydrogenated amorphous silicon // Phyl. Mag. 1978, V. 37, p. 35.

22. X.Zhao, O. Schoenfeld J. Kusano et al. Violet and blue light emission from nanocrystalline silicon thin films // Jpn. J. Appl.Phys., 1994, V.33, Part 2, № 5A, pp. L649-651.

23. D.Bisero, F.Corni, C.Nobile et al. Visible photoluminescence from He implanted silicon. //Appl. Phys. Lett., 1995, V.67, № 23, pp.3447- 3449.

24. H.Rinnert, M. Vergant, G. Marchal, A. Burneau. Intense visible photoluminescence in amorphous SiOx and SiOx:H films prepared by evaporation. // Appl. Phys. Lett., 1998, V.72, №24, pp.3157 3158.

25. Ch. H. Lin, S.Ch. Lee, Y. F. Chen. Strong room temperature photoluminescence of oxidized amorphous silicon and its correlation to porous silicon. // Appl.Phys.Lett., 1993, V.63, №7, pp.902-904.

26. L. Sh. Liao, X.M.Bao, X.Q.Zheng. Blue luminescence from Si+ implanted SiC>2 films thermally grown on crystalline silicon // Appl. Phys. Lett., 1996, V.68, № 6, pp.850.

27. R. W. Griffith, F.J. Kampas, R.E. Vanier, M.D. Hirsch. Comparative study of amorphous III V components // J. Non-Cryst.Solids, 1980, V.35 - 36, p.391- 396.

28. J.C.Knights, R.A. Street, G. Lucovsky. Electrical and structural properties of plasma deposited a-Si:Ox:H . The story of 02 // J. Non-Cryst.Solids, 1980, V.35 -36, pp.279 284.

29. K Kohno, Y.Osaka, F. Toyomura et al. Photoluminescence of Si microcrystalls embedded in Si02 glass films. // .Jpn. J. Appl.Phys., 1994, V.33, Part 1, № 12A, pp. 6616-6622.

30. L. Dinh, L Chase, M. Baloock et al. Optical properties of passivated Si nanocrystalls and SiOx nanostructures // Phys. Rev. B., 1996, V.54, № 7, pp. 5029 -5037.

31. S.Tong, X.N.Liu, X.M. Bao. Study of photoluminescence in nanocrystalline silicon/amorphous silicon multilayers//Appl. Phys. Lett., 1995, V.66, № 4, pp.469 -471.

32. M.Hamasaki, H. Takagi, F. Toyomura et al. Crystallographic study of semi insulating polycrystalline silicon (SIPOS) doped with oxygen atoms

33. J. Appl. Phys., 1978, V.49, № 9, pp. 3987 -3992.

34. M.Ruckschloss, B. Landkammer, S.Vepfec. Light emitting nanocrystalline silicon prepared by dry processing: The effect of crystalline size. // Appl.Phys.Lett., 1993, V.63, №11, pp.1474-1476.

35. H.Takagi, H. Ogawa, Y. Yamazaki et al. Quantum size effects on photoluminescence in ultrafine Si particles // Appl.Phys.Lett., 1990, V.56, № 24, pp.2379 2380.

36. L.Brus. Electron-electron and electron-hole interactions in smallsemiconductor crystallites: The size dependence of the lowest excited electronic state // J.Chem., 1984, V.80, № 9, pp.4403 4409.

37. S.Y.Ren. Quantum confinement of edge states in Si crystallites // Phys. Rev. B. , 1997, V.55, № 7, pp. 4665 4669.

38. M.S. Brandt, H.D.Fuhs, M.Stutzman et al. The origin of visible photoluminescence from ' porous silicon': a new interpretation // Solid State Commun. , 1992, V.81, №4, pp.307-312.

39. M.Stutzmann. Optical properties of silicon nanostructures // Phys.Status Solidi B, 1995, V. 192 .№2, pp.272-286.

40. J.B. Khurgin, E.W. Forsythe, G.S. Tompa et al. Influence of the size dispersion on the emission spectra of the Si nanostructures // Appl.Phys.Lett., 1996, V.69, №9, pp.1241 -124.

41. S.Coffa, A.Polman, and R. Schwartz Rare. Earth Doped Semiconductor 2 // Mater. Res. Soc. Symp. Proc., 1996., V.422, pp.25.

42. A.Polmann. Erbium implanted thin film photonic materials. // J.Appl.Phys., 1997. -V.82, №1. pp. 1 -39.

43. R. Serna, E.Snaekes, A. Polman et al. 1.5 цт room temperature luminescence from Er implanted oxygen - doped silicon epitaxial films grown by molecular beam epitaxy// J.Appl.Phys., 1994, V.75, №5, pp. 2644 - 2647.

44. H.A. Соболев. Светоизлучающие структуры Si:Er. Технология и физические свойства //ФТТ, 1995, Т.29, Вып. 7, с. 1153-1177.

45. A. Polman, C.N. van den Hoven, J.S. Custer et al. Erbium in crystal silicon: Optical activation, excitation, and concentration limits // .Appl.Phys., 1995, V.77, №3,pp. 1256- 1262.

46. S. Coffa, G. Franzo, F. Priolo et al. Temperature dependence and quenching process of the intra 4 f luminescence of Er in crystalline Si. // Phys. Rev. В., 1994, V.49, № 23, pp. 16313 -16320.

47. F. Priolo, G. Franzo, S. Coffa et al. Excitation and nonradiative deexitation process of Er3+ in crystalline Si // Phys. Rev. B. , 1998, V.57, № 8, pp. 4443 -4452 .

48. D.L Adler, D.C. Jacobson, D.J. Eaglesham et al. Local structure of 1.54 цт -luminescence Er3+ -implanted in Si //Appl. Phys. Lett., 1992, V.61, № 18, pp.21822183.

49. M.S. Bresler O.B.Gusev, V.Kh. Kudoyarova et al. Room- temperature photoluminescence of erbium-doped hydrogenated amorphous silicon

50. Appl.Phys.Lett., 1995, V.67, №24, pp. 3599 3601.

51. F. Priolo, G. Franco, S.Coffa et al. The erbium -impurity interaction and its effects on the 1.54 цт luminescence of crystalline silicon // J.Appl.Phys., 1995, V.76, №6, pp. 3874 3882.

52. W. Fuhs, I. Ulber, G. Weiser et al. Excitation and temperature quenching of Er-induced luminescence in a-Si;H(Er) // Phys. Rev. B. , 1997, V.56, № 15 , pp. 9545 -9551.

53. Е.И. Теруков, B.X. Кудоярова, M.M. Мездрогина и др. Фотолюминесценция на длине волны 1.54 мкм в легированном эрбием аморфном гидрогенизировнном аморфном кремнии // ФТП , 1996, Т. 30, № 5, с.820-827.

54. J. Shin, S. Serna, C.N. van den Hoven et al. Luminescence quenching in erbium doped hydrogenated amorphous silicon //Appl. Phys. Lett., 1996.- V.68, №1, pp.46- 48.

55. J. Shin, S. Serna, C.N. van den Hoven et al. Luminescence quenching in erbium doped hydrogenated amorphous silicon //Appl. Phys. Lett., 1996, V.68, №7, pp.997 999.

56. A.R. Zanatta, L.A.O. Nunes, L.R. Tessler. Erbium luminescence from hydrogenated amorphous silicon erbium prepared by cosputtering.// Appl. Phys. Lett., 1997, V.70, №4, pp.511-513.

57. P.S. Andry, W.J. Wartue, F. Lapido et al. Growth of Er- doped silicon using metalorganics by plasma -enhanced chemical vapour deposition // .J. Appl.Phys., 1996, V.80, №1, pp.551 -558.

58. J.L. Rogers, P.S. Andry, W.Varhue et al. Erbium doped silicon films grown by plasma enhanced chemical- vapor deposition//.J. Appl.Phys., 1995, V.78,10, pp.6241-6248.

59. A.T. Voutsas, M.Knotalis, I. Boyce et al. Raman spectroscopy of amorphous and microcrystalline silicon films deposited by low-pressure chemical vapor deposition //J. Appl. Phys., 1995, V.78, №12, pp.6999 7006.

60. M. Otobe, S. Oda. Role of Hydrogen Radical Treatment in Nucleation of Nanocrystalline Silicon // Jpn. J. Appl.Phys., 1992, V.31, Part 1, № 10A, pp. L1443.-L1445.

61. M. Otobe, S. Oda. Preparation of Nanocrystalline Silicon Films by Very High Frequency Digital Chemical Vapor Deposition // Jpn. J. Appl.Phys., 1992, V. 31, Parti, №6, pp. 1948-1952.

62. M. Otobe, S. Oda. Growth Mechanism of Microcrystalline Silicon Prepared by Alternating Deposition of a-Si on Hydrogen Radical Annealing // Jpn. J. Appl.Phys.-1992, V.31, Part 2, № 10A, pp. 1388-1391.

63. J. Boland. The importance of structure and bonding in semiconductor surface chemistry: hydrogen on the Si (111) 7®7 surface. // Surface Science., 1991, V.244, pp. 1-14.

64. A. Matsuda. Formation kinetics and control of microcrystallite in цс-Si :H from glow discharge plasma // Journal of Non- Crystalline Solids., 1983, V. 59-60, pp. 767 774.

65. G.N. Parson, J. J. .Boland, J.S.Tsang. Selective Deposition and Bond Strain Relaxation in Silicon PECVD Using Time Modulated Silane Flow // Jpn. J. Appl.Phys., 1992, V.31, Parti, №6, pp. 1943 -1947.

66. D. Das. Plasma kinetics, surface phenomena, and growth mechanism in hydrogenated amorphous silicon : transition from amorphous to micro- and nano-crystalline Si:H. // Solid State Phenomena., 1995, V.44- 46, pp. 227 258.

67. J. Miche, J.L.Benton, R.F. Ferrante et al. Impurity enhancement of the 1.54 ц,т Er3+- luminescence in silicon // J. Appl.Phys., 1991, V.70, № 5, pp.2672 -2678.

68. F. Priolo, G. Franzo, S. Coffa et al. The erbium-impurity interaction and its effects on the 1.54 urn luminescence of Er3+ in crystalline silicon // J. Appl.Phys., 1995, V78, № 6, pp.3874 3882.

69. W.-X. Ni, K.B. Joelssan, C.X. Du et al. Er/O and Er/F doping during molecular beam epitaxial growth of Si layers for efficient 1.54 pm light emission // Appl. Phys. Lett., 1997, V.70, № 25, pp.3383 3385.

70. А. Мадан. В сб.: Физика гидрогенизированного аморфного кремния. Вып.1. Пер. с англ./ Под редакцией Дж.Джуонопулоса и Дж.Люковски.- М.: Мир, 1987.-310с.

71. М. Morse, A. Polman, S. Shin et al. Properties of ion implanted and UHV-CVD grown Si:Er. // Mat.Res. Soc. Symp. Proc. 1996, V. 422, p. 41.

72. A. J. Kenyon, P. F. Trwoga, M. Federighi, C.W. Pit. // Mat.Res. Soc. Symp. Proc., 1995, V. 358, p. 117.

73. Н.П. Гребенщиков, Г.В. Сидоренко, Д.Н. Суглобов. Летучие аддукты гексафторацетилацетонаты РЗЭ// Радиохимия., 1990 , Т. 32, Вып. 6, с. 14.

74. Н. И. Горшков, Д.Н. Суглобов, Г.В. Сидоренко. Газофазное осаждение пленок фторидов, фосфатов оксисульфатов // Радиохимия., 1995, Т.37, Вып. 3, с. 196.

75. А.В. Pevtsov, V.Yu. Davydov, N.A. Feoktistov et al. Nanoscale crystallite nucleation and growth in amorphous solids // Phys. Rev. В., 1995, V.52, № 2, pp. 955 972.

76. D. E. Aspnes. Dielectric functions and optical parameters of Si. // Thin Solid Films, 1982., V. 89, №1, pp. 249-255.

77. C. Pickering, M.Beale, D. Robbins et al. Optical studies of the structure of porous silicon films formed in p- type degenerate and non degenerate silicon // J.Phys.C: Solid State Phys., 1984. V. 17, №30, pp. 6535- 6552.

78. R. Swanepool. Determination of the thickness and optical constants of amorphous silicon. //J. Phys. E: Sci. Innstrum., 1983, V. 16, pp. 1214 -1222.

79. M.M. Горшков. Эллипсометрия.// Советское радио. М.-1974. 200 с.

80. Р.Аззам, Н. Бащара. Эллипсометрия и поляризованный свет. // Мир. М,1981.-c.584.

81. Е. Bustarret, М. A.Hachicha, М. Brunei. Experimental determination of the nanocrystalline volume fraction in silicon thin films from Raman spectroscopy

82. Appl. Phys. Lett., 1988, V.52, № 20, pp.1675 -1677.

83. H.Richter, Z. P. Wang, L. Ley. The one phonon Raman spectrum in microcrystalline silicon // Solid. State. Commun. -1981, V.39, № 5, pp. 625 629.

84. L.H. Campbell, P.M. Fauchet. The effect microcrystall size and shape on the one phonon Raman spectra of crystalline semiconductor // Solid. State. Commun. -1986, V.58, №10, pp.739-741.

85. R. Tsu, I. Gonzalez-Hernandes, S.S, Chao et al. Critical volume fraction of crystallinity for conductivity percolation in phosphorous -doped Si:F:H alloys //Appl. Phys. Lett., 1982, V.40, №6, pp.534-535.

86. V.K.S. Shante, S. Kirkpatrick. An introduction in percolation theory //Adv. Phys. -1971, V. 20, №85, p. 325-357.

87. H.Z. Song, X.M. Bao, N. S. Li et al. Strong ultraviolet photoluminescence from silicon oxide films prepared by magnetron sputtering // Appl. Phys. Lett., 1998.-V.72, № 3, pp.356 358.

88. K.T. Kim, M.S. Sun, T.S.Kim et al. Room- temperature visible photoluminescence from silicon- rich oxide layers deposited by an electron cyclotron resonance plasma source //Appl. Phys. Lett., 1996, V.69, № 25, pp. 3908 3910.

89. J. F. Du, T. Wan, B. Zhou. In Solid State Phenomena. 'Hydrogenated amorphous silicon. 'P. 1. // ed.by H. Neber - Aeschbacher.- 1995,- Scientific Publications Ltd. -Zurich Switzerland.- P. 283.

90. M. Nogami, Y. Abe. Sol- gel method for synthesizing visible photoluminescent nanosized Ge crystal - doped silica glasses // Appl. Phys. Lett., 1994, V.65, № 20, pp.2545 - 2547.

91. A.M. Данишевский, В. Латинис, М.М. Мездрогина, Е.И. Теруков. Исследования импульсной фотолюминесценции a-Si:H при интенсивном пикосекундном возбуждении //ЖЭТФ, 1993, Т. 104, Вып. 6, №12, с. 4031 -4041.

92. Th.Weber, Н. Stolz, W. van den Osten et al. Fabry Perot oscillation in epitaxial ZnSe layers//Semicond.Sci. Technol., 1995, V. 10, pp. 1113 -1116.

93. B.A. Кособукин, A. M. Самсонов. Методы возмущений в электродинамике многослойных систем. Отражение света при возмущении поляризуемости в микроскопически тонком слое.//ЖТФ, 1984, Т. 54, №1, с.19.

94. В.Т. Sullivan, D. J. Jackwood, Н. J. Jabbe et al. Photoluminescence in amorphous Si/Si02 superlattices fabricated by magnetron sputtering. // Appl. Phys. Lett., 1996, V.69, №21, pp.3149-3151.

95. S. Furukawa and N. Matsumoto. Effects of polysilane formation on the optical electrical properties of binary Si:H alloys // Phys. Rev. В., 1985, V.31, №4, pp. 2114-2121.

96. D. Wolford, J.Reimer, and B. Scott. Efficient visible photoluminescence in the binary a- Si:Hx alloy system. // Appl. Phys. Lett., 1983, V.42, № 4, pp.369 371.

97. M. Estes and G. Moddel. Luminescence from amorphous silicon nanostructures // Phys. Rev. B, 1996, V.54, №20, pp. 14633 -14642.

98. L. Canham. Silicon quantum wire array fabricated by electrochemical and chemical dissociation of wafers //Appl. Phys. Lett., , 1990, V.57, № 10, pp.1046 -1048.

99. C. Weisbuoch. Fundamental and optical properties of quantum confinement structures for device applications II Optoelectronics Devices and Technologies.-1993, V. 8, №4, pp.523-538.

100. T.Tiedje, В. Abeles, and B.G. Brooks. Energy transport and size effects in the photoluminescence of amorphous-germanium amorphous-silicon multilayers structures // Phys. Rev. Lett., 1985, V.54, №23, pp. 2545 2548.

101. Y. Kanemitsu. Visible photoluminescence from oxidized Si nanometer sized spheres: exciton confinement on spherical shell // Phys. Rev. В., 1993, V.48, №7, pp. 4883 - 4886.

102. Y. Kanemitsu, K.Suzuki, S. Kyushin and H. Matsumoto. Visible photoluminescence from silicon-backbone polymers//Phys. Rev. B. , 1995, V.51, №19, pp.13103-13110.

103. R. Street, D. Biegelsen, J. Knights. Defect states in doped and compensated a-Si:H // Phys. Rev. B. , 1981, V.24, №2, pp. 969,-984

104. Мусабеков E. Фотолюминесценция аморфных гидрогенизированных пленок a-SiixCx:H: Диссертация на соискание ученой степени канд. физ. мат. наук,-Л., 1990.-143 с.

105. Мастеров В.Ф., Захаренков Л.Ф. Редкоземельные элементы в полупроводниках Ш V групп // ФТП, 1990, Т. 24, № 4, с. 610 - 630.

106. V.F. Masterov, F.S. Nasredinov, D.D. Seregin et al. Local enviroment of erbium atoms in amorphous hydrogenated silicon //Appl. Phys. Lett., 1998, V.72, № 6, pp.728 -730.

107. C. Piamotneze, A.C. Iniguez, L.R. Tessler et al. Enviroment of Erbium in a-Si:H and a-SiOx :H // Phys. Rev. В., 1998, V.24, № 21, pp. 4652 4655.

108. A. Terrasi, G.Franzo, S. Coffa et al. Evolution of the local environment around Er upon thermal annealing in Er and О co-implanted Si // Appl. Phys. Lett., 1997, V.70, № 13, pp.1712 -1714.165

109. R. Street. Luminescence and recombination in hydrogenated amorphous silicon. //Adv. Phys., 1981, V.30, №5, pp. 593 -676.

110. A.R. Zanatta, L.A.O. Nunes. Infrared spectroscopy of Er containing amorphous silicon thin films //Appl. Phys. Lett., 1997, V.71,№25, pp.3679-3681.

111. W. Beyer.Hydrogen incorporation in amorphous silicon and process of its release / In: Tetraedrally -Bonded Amorphous Semiconductors, ed. by D.Adler and H.Fritzsche Plenum Press, N.Y. , 1985, p.129.

112. W. Jackson, S. B. Zhang. Hydrogen complexes in Amorphous silicon / In : Trasport , Correlation and Structural Defects, ed. by H. Fritzsche World Scientic Publishing Company, Singapore, 1990, pp.63-128.