WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

в них, оцененное по сдвигу частоты оптического фонона, В условиях наших экспериментов влияние гидростасоставляло 19.7 кбар. Корреляция между появляющитического сжатия на состояние центров, ответственных мися особенностями в спектрах эмиссии и возбуждения за ФЛ, растет с увеличением Ta. Оно может приводить к ФЛ и происходящими структурными трансформациями формированию центров ФЛ с однородно напряженными дает нам основания связать наблюдаемые нами зелесвязями. Следствием этого, по-видимому, является выную ФЛ (после отжига при Ta = 800C, P = 12 кбар) сокоэнергетичное смещение пика в спектре возбуждения и широкую полосу ФЛ (1100C, 12 кбар) с рекомбифиолетовой ФЛ (см. рис. 3, a), которое может быть обуснацией квантово-ограниченных электронов и дырок в ловлено сдвигом уровней синглетного и триплетного однородно напряженных нанокристаллах Ge. При этом состояний нейтральной кислородной вакансии за счет в силу особенностей используемой схемы отжига под деформационного потенциала. Кроме того, высокотемпедавлением (см. выше) величина остаточных напряжений ратурный отжиг под давлением сопровождается формив нанокристаллах, отожженных при Ta = 800C, должна рованием однородно напряженных нанокристаллов Ge.

быть меньше, чем после отжига при Ta = 1100C. Это Их образование коррелирует с появлением зеленой может быть одной из причин того, что в первом случае полосы ФЛ в спектрах, возбуждаемых линией 337 нм наблюдается более низкоэнергетичный пик ФЛ (с макN2-лазера [13,14]. На рис. 3, a в спектрах возбуждения пиков 3.1 и 4.3 эВ появляются дополнительные макси- симумом при 2.38 эВ), чем во втором (см. рис. 1, a).

мумы вблизи 4.5 и 3.7 эВ, которые также совпадают С целью прояснения механизма наблюдаемой ФЛ мы с пиками возбуждения зеленой ФЛ. Таким образом, оценили в рамках приближения эффективной массы Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. 856 И.Е. Тысченко, Л. Реболе 6нм (рис. 5). Следует отметить, что различия энергии прямых переходов в случае ненапряженных и однородно напряженных нанокристаллов составляют около 0.3 эВ.

Тем не менее, несмотря на то что размеры ненапряженных нанокристаллов были даже меньше, чем напряженных, ФЛ наблюдалась лишь в последнем случае. Причина этого эффекта может быть прояснена данными рис. 4, на котором представлены значения энергии переходов L1 и X1 в зависимости от радиуса ненапря25 женных и однородно напряженных нанокристаллов. Видно, что в случае ненапряженных нанокристаллов переходом с минимальной энергией, как и в объемном Ge, остается переход L1. Однако с уменьшением размеров нанокристалла разность энергий переходов L1 и X1 уменьшается, и при R < 2.7 нм зона проводимости нанокристалла становится X-подобной. Поэтому теперь рекомбинация должна происходить через точку X1, соответствующую минимуму энергии на границе зоны Бриллюэна в направлении (100). Это близко к теоретическим расчетам, полученным в работе [18]. Зона проводимости напряженных нанокристаллов является Xподобной при всех рассмотренных нами значениях их радиуса (вплоть до R = 11 нм). Это должно сказаться на процессах релаксации фотовозбужденных электронов и дырок. А именно, процесс рекомбинации электронов Рис. 4. Рассчитанные в приближении эффективной массы энергии непрямых переходов L1 (1, 3) и X1 (2, 4) 25 в зависимости от радиуса нанокристалла для ненапряженного nc-Ge (1, 2) и однородно напряженного при P = 19.7кбар (3, 4).

энергии переходов L1, X1 и в 25 25 2 зависимости от размера ненапряженных и однородно напряженных (для P = 19.7кбар) нанокристаллов Ge.

Эти данные представлены на рис. 4. Поскольку в направлении 111 зоны Бриллюэна Ge эффективная масса электрона велика и, следовательно, дает незначительный вклад в величину энергии квантования, энергия перехода рассматривалась нами как энергия двумерно ограниченной электронно-дырочной пары [17]:

2.405 3.513eEc = -, (1) 2µ R R где R — радиус нанокристалла, µ = 0.045m0 — эффективная масса электронно-дырочной пары в направлении 111 зоны Бриллюэна Ge, — диэлектрическая постоянная нанокристаллов Ge ( взята равной 15.8, как и в объемном Ge). Энергии переходов X1 и 25 2 рассчитывались с учетом квантового ограничения состояний электронов и дырок [2].

Рис. 5. Рассчитанная энергия прямого перехода для Сопоставление энергии наблюдаемой полосы эмиссии однородно напряженного (P = 19.7кбар) nc-Ge в зависимости света и рассчитанных значений энергетических зазоров от радиуса нанокристалла (1) и экспериментально полученный показывает, что положение энергии наблюдаемой поло- спектр фотолюминесценции для пленок SiO2, имплантировансы эмиссии света соответствует, скорее всего, прямым ных ионами Ge+ и отожженных при Ta = 1100C в течение 5 ч излучательным переходам с радиусом менее в атмосфере Ar под давлением 12 кбар (2).

2 Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып. Излучательная рекомбинация в пленках SiO2, имплантированных ионами Ge+... и дырок через минимумы зоны проводимости L1 и X1 [4] J.P. Wilcoxon, P.P. Provencio, G.A. Samara. Phys. Rev. B, 64, 035 417 (2001).

происходит путем эмиссии или поглощения фонона, пре[5] L. Yue, Y. He. J. Appl. Phys., 81, 2910 (1997).

дельная энергия которого в Ge составляет Eph = 37 мэВ.

[6] H.A. Atwater, K.V. Shcheglov, S.S. Wong, K.J. Vahala, Энергетический зазор между уровнями электронных R.C. Flagan, M.L. Brongersma, A. Polman. Mater. Res. Soc.

состояний E =(dE/dk)/D (где dE/dk — дисперсиSymp. Proc., 321, 363 (1994).

онная зависимость энергии электрона, k — волновой [7] S. Hayashi, J. Kanazawa, M. Takaoka, T. Nagareda, вектор, D — размер кристалла) должен увеличиваться K. Yamamoto. Z. Phys. D, 26, 144 (1993).

с уменьшением размера нанокристалла. Это означает, [8] L. Rebohle, J. von Borany, R.A. Yankov, W. Skorupa, I.E. Tyчто при некоторых значениях D величина E может schenko, H. Frb, K. Leo. Appl. Phys. Lett., 71, 2809 (1997).

превысить предельную энергию фонона, следовательно, [9] Г.А. Качурин, Л. Реболе, И.Е. Тысченко, В.А. Володин, для релаксации электрона к минимуму зоны проводиМ. Фельсков, В. Скорупа, Х. Фроб. ФТП, 34, 23 (2000).

мости при непрямом переходе необходимо участие 2-х [10] H. Hosono, Y. Abe, D.L. Kinser, R.A. Weeks, K. Muta, и более фононов. Поскольку многофононные процесH. Kawazoe. Phys. Rev. B, 46, 11 445 (1992).

сы в Ge маловероятны, время пребывания электрона [11] J.Y. Zhang, X.M. Bao, Y.H. Ye, X.L. Tan. Appl. Phys. Lett., в возбужденном состоянии увеличивается, что может 73, 1790 (1998).

соответственно привести к увеличению вероятности [12] M. Martini, F. Meinardi, A. Paleari, G. Spinolo, A. Vedda.

прямых излучательных переходов. Поскольку Phys. Rev. B, 57, 3718 (1998).

2 плотность электронных состояний в направлении (111) [13] И.Е. Тысченко, А.Б. Талочкин, А.Г. Черков, К.С. Журавлев, зоны Бриллюэна Ge превышает плотность электрон- А. Мисюк, М. Фельсков, В. Скорупа. ФТП, 37, 479 (2003).

ных состояний в направлении (100), в X-подобном [14] I.E. Tyschenko, A.B. Talochkin, A.G. Cherkov, K.S. Zhuravlev, R.A. Yankov. Sol. St. Commun. (to be published).

нанокристалле условие E > Eph должно выполняться [15] L. Rebohle, J. von Borany, H. Frb, W. Skorupa. Appl. Phys.

легче, чем в L-подобных нанокристаллах. В рамках B, 71, 131 (2000).

этой модели становится понятным отсутствие четкой [16] L. Rebohle, I.E. Tyschenko, J. von Barany, B. Schmidt, зависимости между положением пика ФЛ и размером R. Grtzschel, A. Markwitz, R.A. Yankov, H. Frb, W. Skoruненапряженных нанокристаллов, наблюдаемых разными pa. Mater. Res. Soc. Symp. Proc., 486, 175 (1998).

авторами [2,5–7].

[17] K.L. Teo, S.N. Kwok, P.Y. Yu, S. Guha. Phys. Rev. B, 62, (2000).

5. Заключение [18] F.A. Reboredo, A. Zunger. Phys. Rev. B, 62, R2275 (2000).

Редактор Т.А. Полянская Итак, в данной работе исследованы спектры фотолюминесценции и спектры возбуждения фотолюминесRadiative recombination in Ge+ ion ценции при комнатной температуре в пленках SiO2, имплантированных ионами Ge+ и отожженных в усло- implanted SiO2 films annealed under виях гидростатического сжатия при Ta = 450-1100Cи hydrostatic pressure P = 12 кбар. Установлено, что появление особенностей I.E. Tyschenko, L. Rebohle в спектрах эмиссии и спектрах возбуждения фиолетовой и зеленой полос фотолюминесценции коррелирует с Institute of Simiconductor Physics, формированием однородно напряженных нанокристалSiberian Branch of Russian Academy of Sciences, лов Ge. Высокоэнергетичный сдвиг полос фотолюми630090 Novosibirsk, Russia несценции с ростом Ta 800C объясняется смещением Nanoparc GmbH, энергетических уровней формирующихся центров излуD-01454 Dresden–Rossendorf, Deutschland чательной рекомбинации за счет возрастающих деформационных потенциалов. Наблюдаемая фотолюминес

Abstract

Photoluminescence and excitation photoluminescence ценция объясняется увеличением вероятности прямых spectra from the Ge+ ion implanted SiO2 films annealed under излучательных переходов в нанокристаллах германия с conditions of hydrostatic pressure at Ta = 450-1100C and X-подобной зоной проводимости.

P = 12 kbar were studied at room temperature. It was obtained Авторы благодарны докт. W. Skorupa за помощь при that the appearance of the specific features in the emission проведении имплантации ионов Ge, проф. A. Misiuk spectra and in the excitation spectra of the violet and green за помощь при проведении отжигов под давлением photoluminescence bands correlated with the formation of hoи докт. А.Б. Талочкину за полезные обсуждения реmogeneously stressed Ge nanocrystals. High-energy shift in зультатов.

photoluminescence band position observed at Ta 800C was explained by the modification of the energy level of respective Список литературы radiative-recombination centres under increasing stresses. The nature of the observed photoluminescence discussed in terms of [1] T. Takagahara, K. Takeda. Phys. Rev. B, 46, 15 578 (1992).

the growing probability of direct radiative transitions in germanium [2] Y. Maeda. Phys. Rev. B, 51, 1658 (1995).

nanocrystals with X-like conduction band.

[3] W. Skorupa, R.A. Yankov, I.E. Tyschenko, H. Frb, T. Bhme, K. Leo. Appl. Phys. Lett., 68, 2410 (1996).

Физика и техника полупроводников, 2004, том 38, вып.

Pages:     | 1 ||



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.