WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 |

Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. Кремний-германиевые наноструктуры с квантовыми точками: механизмы образования... 4.2.1. Поглощение в инфракрасном диапазоне излучения. Поглощение фотонов инфракрасного (ИК) спектрального диапазона в многослойных гетероструктурах Ge–Si с самоорганизующимися КТ изучалось в работах [116,117]. Размеры островков в обоих случаях составляли 40-50 нм в основании и 2–4 нм высотой. Плотность островков 108 см-2. Авторы [116] использовали подлегирование островков Ge бором с тем, чтобы заселить основное состояние КТ дырками.

В спектрах поглощения в области длин волн 5-6мкм наблюдалась широкая ( 100 мэВ) линия, амплитуда которой сильно уменьшалась при переходе к поляризации света, перпендикулярной плоскости слоев, и была объяснена переходами между двумя низшими уровнями поперечного квантования тяжелых дырок в КТ.

Вработе [117] для активизации оптических переходов внутри нелегированной КТ использовалась дополнительРис. 18. Спектры фототока кремниевого pin-диода с кванная световая накачка. Фотоиндуцированное поглощение, товыми точками Ge при обратном смещении, указанном в поляризованное параллельно плоскости слоев, имело вольтах рядом с кривыми. Пунктирная линия демонстрирует асимметричный максимум в районе 4.2 мкм и связываотсутствие фотоотклика в этом диапазоне в структуре со лось с переходом дырок из основного состояния КТ сплошным слоем Ge (deff = 6МС).

в делокализованные состояния валентной зоны. Необычайно высоким оказалось определенное авторами [117] значение сечения поглощения (2 · 10-13 см2), что превалентной зоны. По мере увеличения обратного смещевышает по крайней мере на порядок известные сечения ния дырочные уровни в КТ заполняются электронами.

фотоионизации для локальных центров в Si [118] и В области напряжений около 1.4 В происходит полная на 3 порядка превышает аналогичную величину для КТ InAs–GaAs [119]. Эти данные свидетельствуют о пер- разрядка КТ дырками, и переход T1 становится ”запреспективности системы Ge–Si для ИК детекторов. щенным”. Начиная с этого момента, возникает возможность межзонных переходов электронов из валентной 4.2.2. Фотопроводимость. Впервые о регистрации фозоны в зону проводимости (процесс T2). Поскольтотока, генерированного фотонами с энергией, меньшей ку исследуемая система относится к гетероструктурам ширины запрещенной зоны кремния, в гетероструктувторого рода (дырки локализуются в областях Ge, в рах Ge/Si с КТ сообщалось в работах [65,120]. Возто время как для электронов области Ge представляможность реализации фотоприемника с КТ, перестраиют собой потенциальный барьер [122]), то межзонный ваемого под ближний и средний ИК диапазоны, была оптический переход является непрямым в координатном продемонстрирована в работе [66]. Фотоприемник предпространстве и сопровождается перебросом электрона ставлял собой кремниевый pin-диод, в базу которого был из Ge в Si. Энергия перехода должна определяться введен двумерный массив нанокластеров Ge. Средний разницей между шириной запрещенной зоны Si (1.12 эВ) латеральный размер КТ составлял 15 нм, высота 1.5 нм.

и энергией дырочного состояния в КТ Ge (0.43 эВ), т. е.

Спектры фототока при различном обратном смещении равняться 700 мэВ, что согласуется с экспериментальпоказаны на рис. 18. В образце со сплошной пленкой Ge ным положением линии T2 (730 мэВ).

(6МС) фотоотклик отсутствовал. В структуре с КТ при энергиях, меньших края собственного поглощения 4.2.3. Фотолюминесценция. Традиционно для контров кремнии ( 1.12 эВ), наблюдались два максимума ля формирования слоев самоорганизующихся КТ испольна длинах волн 1.7 и 2.9 мкм. Интенсивность обоих зуют измерения спектров фотолюминесценции (ФЛ), максимумов сильно зависела от величины обратного сме- позволяющие определить энергии основного и возбущения, причем эти зависимости коррелировали между жденных состояний в КТ. Для гетеросистемы InAs/GaAs собой. А именно, при увеличении смещения до вели- обобщающий анализ данных ФЛ был сделан в рабочины 1.4 В происходило исчезновение отклика в сред- те [123], в которой, в частности, было показано, что нем ИК диапазоне (при 2.9 мкм, линия T1), и появлялся энергия свечения КТ определяется эффективной толсигнал в ближней ИК области спектра (при 1.7 мкм, щиной осажденного слоя InAs и, следовательно, разлиния T2). Значение энергии в максимуме T1 (430 мэВ) мером КТ. Во многих работах, посвященных эписоответствует энергии залегания основного состояния таксии структур Ge–Si, также приводятся результаты дырки в КТ [121]. Поэтому процесс T1 был иденти- измерения ФЛ в качестве иллюстрации ”рождения” и фицирован как переход дырки из основного состояния, эволюции КТ. С формированием островков Ge свялокализованного в КТ, в делокализованные состояния зывают появление в спектрах ФЛ полосы в районе Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. 1296 О.П. Пчеляков, Ю.Б. Болховитянов, А.В. Двуреченский, Л.В. Соколов, А.И. Никифоров...

ции островков, включая их форму, размер и пространственное распределение. Во многих случаях этот фактор существенно модифицирует классические стадии механизмов фазообразования и их последовательность вплоть до квазиравновесного сосуществования трехмерных наноостровков Ge на поверхности Si подложки. В рассмотренных системах нанокластеров выделены различные типы упорядочения: упорядочение по форме кластера, по его размерам, по расстояниям между островками и по их взаимному расположению, а также упорядочение по вертикали — в последовательно создаваемых многослойных гетероструктурах с квантовыми точками. Обсуждаются пути улучшения степени упорядочения наноструктур с ансамблями квантовых точек и достижения предельно Рис. 19. Зависимость энергии максимума фотолюминесценции малых размеров и большой плотности их распределения от латерального размера островков германия в кремнии.

по площади.

В обзоре приводятся литературные данные по поглощению света в многослойных системах Ge–Si, свидетельствующие об аномально большом сечении внутри800-900 мэВ [13,117,120,122–130]. Ширина этой позонного поглощения, что делает представляемый класс лосы составляет десятки мэВ, и лишь в работе [124] наноструктур перспективным для создания фотоприемнаблюдались узкие (2-10 мэВ) линии ФЛ, наблюдение ников ИК диапазона. С помощью методов туннельной и которых объяснялось образованием массива однородных емкостной спектроскопии, спектроскопии проводимости, по размеру ( 3%) КТ. Тем не менее интерпретация а также эффекта поля на транзисторных структурах, соспектров ФЛ для структур Ge–Si, на наш взгляд, не лишена противоречий. На рис. 19 приведено положе- держащих не менее 109 нанокластеров Ge, были выявлены хорошо разрешаемые пики, связанные с одноэлекние пика ФЛ, отнесенного авторами к островкам Ge, тронным захватом каждой квантовой точкой до шести как функция латерального размера нанокластеров. Здесь мы использовали данные работ [13,117,120,122–130]. дырок. Основными факторами, определяющими спектр В отличие от системы InAs/GaAs в данной случае не состояний, служат размерное квантование и кулоновское наблюдается явной зависимости энергии излучающих взаимодействие носителей. Новым фактором, возникапереходов от размера КТ, тогда как разумно было ющим в массиве КТ и отличающим его от ситуации ожидать, что с увеличением размеров максимум ФЛ одиночной КТ, является кулоновская корреляция между будет сдвигаться в низкоэнергетическую область спектра островками.

вследствие уменьшения энергии размерного квантования Проведенные исследования электрических и оптичев островках. Кроме того, удивительными кажутся данских характеристик массивов островков Ge в Si позволяные работы [125], в которой наблюдалось свечение с ют сделать вывод о формировании массивов искусственэнергией, большей ширины запрещенной зоны кремния ных ”атомов”, обладающих дискретным энергетическим (крайняя левая точка на рис. 19). Все эти обстоятельства спектром, который проявляется вплоть до комнатной не имеют сложившегося в настоящий момент удовлетемпературы.

творительного объяснения и стимулируют проведение Работа выполнена при поддержке Российского фондетальных дальнейших исследований механизмов фотода фундаментальных исследований (гранты 00-02люминесценции структур Ge–Si.

17461, 00-02-17638 и 00-15-96806), а также программы Министерства науки РФ ”Физика твердотельных 5. Заключение наноструктур”.

В обзоре проведен анализ публикаций в мировой научной печати и отмечено возрастание интереса ученых Список литературы и технологов к проблемам получения и использования наноструктур на основе кремния и германия, состоящих [1] R.A. Mezger. Semicond. Comp., 1, 21 (1995).

из кластеров Ge нанометровых размеров (квантовых [2] U. Konig. Physica Scripta, T68, 90 (1996).

точек), встроенных в матрицу Si. Упругие деформа[3] R.A. Soref. Thin Sol. Films, 294, 325 (1997).

ции в эпитаксиальных пленках и трехмерных островках [4] T. Tashiro, T. Tatsumi, M. Sugiyama, T. Hashimoto, Ge-на-Si являются ключевым фактором, обусловливаюT. Morikawa. IEEE Trans. Electron. Dev., 44, 545 (1997).

щим не только морфологический переход планарная [5] D.J. Paul. Thin Sol. Films, 321, 172 (1998).

пленка – островковая пленка (механизм Странского– [6] A.I. Yakimov, V.A. Markov, A.V. Dvurechenskii, O.P. PcheКрастанова), но и влияют на последующие этапы эволю- lyakov. Phil. Mag. B, 65, 701 (1992).

Физика и техника полупроводников, 2000, том 34, вып. Кремний-германиевые наноструктуры с квантовыми точками: механизмы образования... [7] D. Leonard, M. Krishnamurthy, C.M. Reaves, S.P. Denbaars, [43] C.-H. Chiu. Appl. Phys. Lett., 75, 3473 (1999).

P.M. Petroff. Appl. Phys. Lett., 63, 3203 (1993); D. Leonard, [44] V.A. Shchukin, D. Bimberg. Appl. Phys. A, 67, 687 (1998);

K. Pond, P.M. Petroff. Phys. Rev. B, 50, 11 687 (1994). Rev. Mod. Phys., 71, 1125 (1999).

[8] J.-M. Marzin, J.-M. Gerard, A. Izrael, D. Barrier. Phys. Rev.

[45] P. Mller, R. Kern. J. Cryst. Growth, 193, 257 (1998).

Lett., 73, 716 (1994).

[46] J.A. Floro, V.B. Sinclair, E. Chason et al. Phys. Rev. Lett., 84, [9] L.N. Aleksandrov, R.N. Lovyagin, O.P. Pchelyakov, S.I. Ste701 (2000).

nin. J. Cryst. Growth, 24/25, 298 (1974).

[47] Y.-W. Mo, D.E. Savage, B.S. Swartzentruber, M.G. Lagally.

[10] D.J. Eaglesham, M. Cerullo. Phys. Rev. Lett., 64, Phys. Rev. Lett., 65, 1020 (1990).

(1990).

[48] S.M. Pintus, S.M. Stenin, A.I. Toropov et al. Thin Sol. Films, [11] S. Guha, A. Madhukar, K.C. Rajkumar. Appl. Phys. Lett., 57, 151, 275 (1998).

2110 (1990).

[49] J.A. Floro, E. Chason, L.B. Freund, R.D. Twesten, [12] R. Ntzel. Semicond. Sci. Technol., 11, 1365 (1996).

R.Q. Hwang, G.A. Lucadamo. Phys. Rev. B, 59, 1990 (1999).

[13] F. Liu, M.G. Lagally. Surf. Sci., 386, 169 (1997).

[50] F.K. LeGoues, M.C. Reuter, J. Tersoff, M. Hammar, [14] Н.Н. Леденцов, В.М. Устинов, В.А. Щукин, П.С. Копьев, R.M. Tromp. Phys. Rev. Lett., 73, 300 (1994).

Ж.И. Алфёров, Д. Бимберг. ФТП, 32, 385 (1998).

[51] H.T. Johnson, L.B. Freund. J. Appl. Phys., 81, 6081 (1997).

[15] P. Mller, R. Kern. J. Cryst. Growth, 193, 257 (1998).

[52] V.A. Markov, A.I. Nikiforov, O.P. Pchelyakov. J. Cryst.

[16] А.А. Чернов, Е.И. Гиваргизов, Х.С. Багдасаров. СовреGrowth, 175/176, 736 (1997).

менная кристаллография (М., Наука, 1980) т. 3.

[53] Z. Jiang, H. Zhu, F. Lu, J. Qin, D. Huang, X. Wang, C. Hu, [17] F. Liu, M.G. Lagally. Phys. Rev. Lett., 76, 3156 (1996).

Y. Chen, Z. Zhu, T. Yao. Thin Sol. Films, 321, 60 (1998).

[18] R.J. Asaro, W.A. Tiller. Metall. Trans., 3, 789 (1972).

[54] V.A. Markov, O.P. Pchelyakov, L.V. Sokolov et al. Surf. Sci., [19] М.А. Гринфельд. ДАН СССР, 290, 1358 (1986).

250, 229 (1991).

[20] W. Dorsch, H.P. Strunk, H. Wawra et al. Appl. Phys. Lett., [55] Y. Kim, B.D. Min, E.K. Kim. J. Appl. Phys., 85, 2140 (1999).

72, 179 (1998).

[56] J. Zhu, K. Brunner, G. Abstreiter. Appl. Phys. Lett., 73, [21] Yu.B. Bolkhovityanov, V.I. Yudaev, A.K. Gutakovsky. Thin (1998).

Sol. Films, 137, 111 (1986).

[57] J. Johansson, W. Seifert. Appl. Surf. Sci., 148, 86 (1999).

[22] С.А. Кукушкин, А.В. Осипов. УФН, 168, 1083 (1998).

[58] O.P. Pchelyakov, I.G. Neisvestnyi, Z.Sh. Yanovitskaya. Phys.

[23] I.M. Lifshitz, V.V. Slyozov. J. Phys. Chem. Sol., 19, 35 (1961).

Low-Dim. Structur., 10/11, 389 (1995).

[24] B.K. Chakraverty. J. Phys. Chem. Sol., 28, 2401 (1967).

[59] J.A. Floro, E. Chason, M.B. Sinclair, L.B. Freund, [25] M.C. Bartelt, J.W. Evans. Phys. Rev. B, 46, 12 675 (1992).

G.A. Lucadamo. Appl. Phys. Lett., 73, 951 (1998).

[26] N.C. Bartelt, W. Theis, R.M. Tromp. Phys. Rev. B, 54, 11 [60] H. Omi, T. Ogino. Appl. Surf. Sci., 130–132, 781 (1998).

(1996).

[61] G. Springholz, V. Holy, M. Pinczolits, G. Bauer. Science, 282, [27] I. Goldfarb, P.T. Hayden, J.H.G. Owen, G.A.D. Briggs. Phys.

734 (1998).

Rev. Lett., 78, 3959 (1997); Phys. Rev. B, 56, 10 459 (1997).

[62] Y.W. Zhang. S.J. Xu, C.-H. Chiu. Appl. Phys. Lett., 74, [28] B.A. Joyce, D.D. Vvedensky, A.R. Avery, J.G. Belk, (1999).

H.T. Dobbs, T.S. Jones. Appl. Surf. Sci., 130–132, 357 (1998).

[63] F.M. Ross, R.M. Tromp, M.C. Reuter. Science, 286, [29] T.I. Kamins, G. Medeiros-Ribeiro, D.A.A. Ohlberg, R. Stan(1999).

ley Williams. J. Appl. Phys., 85, 1159 (1999).

[64] Y. Obayashi, K. Shintani. J. Appl. Phys., 84, 3142 (1998).

[30] A.R. Avery, H.T. Dobbs, D.M. Holmes, B.A. Joyce, [65] G. Abstreiter, P. Schittenhelm, C. Engel, E. Silveira, A. ZrenD.D. Vvedensky. Phys. Rev. Lett., 79, 3938 (1997).

ner, D. Meertens, W. Jger. Semicond. Sci. Technol., 11, [31] J. Drucker. Phys. Rev. B, 48, 18 203 (1993).

(1996).

[32] Y. Chen, J. Washburn. Phys. Rev. Lett., 77, 4046 (1996).

[66] A.I. Yakimov, A.V. Dvurechenskii, Yu.Yu. Proskuryakov, [33] D.E. Jesson, G. Chen, K.M. Chen, S.J. Pennycook. Phys. Rev.

A.I. Nikiforov, O.P. Pchelyakov, S.A. Teys, A.K. Gutakovskii.

Lett., 80, 5156 (1998).

Appl. Phys. Lett., 75, 1413 (1999).

[34] M. Kstner, B. Voigtlnder. Phys. Rev. Lett., 82, 2745 (1999).

[67] C.S. Peng, Q. Huang, W.Q. Cheng et al. Appl. Phys. Lett., 72, [35] T.I. Kamins, E.C. Carr, R.S. Williams, S.J. Rosner. J. Appl.

2541 (1998).

Phys., 81, 211 (1997).

[68] B. Voigtlnder, A. Zinner. Appl. Phys. Lett., 63, 3055 (1993).

[36] G. Medeiros-Ribeiro, A.M. Bratkovski, T.I. Kamins, [69] P.W. Deelman, L.J. Schawalter, T. Thundat. J. Vac. Sci. Techn.

D.A.A. Ohlberg, R.S. Williams. Science, 279, 353 (1998).

A, 15, 930 (1997).

[37] G. Medeiros-Ribeiro, T.I. Kamins, D.A.A. Ohlberg, R.S. Wil[70] A. Shklyaev, M. Shibata, M. Ichikawa. Surf. Sci., 416, liams. Phys. Rev. B, 58, 3533 (1998).

(1998).

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 |



© 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.