CC BY
50
Физика твердого тела Вестник Нижегородского универс итета им. Н.И. Лобачевск ого, 2007, № 1, с. 40-46
УДК 538.011
ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ САМОФОРМИРУЮЩИХСЯ НАНОКЛАСТЕРОВ GeSi/Si,
ВЫРАЩЕННЫХ МЕТОДОМ СУБЛИМАЦИОННОЙ МОЛЕКУЛЯРНО-ЛУЧЕВОЙ ЭПИТАКСИИ В СРЕДЕ ГЕРМАНА
© 2007 г. Д-О. Филатов 1, М.В. Круглова 1, М.А. Исаков 1, С.В. Сипрова 1,
М. О. Марычев 1,
В.Г. Шенгуров 2, С.П. Светлов 2, В.Ю. Чалков 2, С.А. Денисов 2
1 Нижегородский госуниверситет им. Н.И. Лобачевского
2 Научно-исследовательский физико-технический институт (НИФТИ ННГУ)
filatov@phvs .unn.ru
Поступиоа в еедакцию 19.12.2006
Исследована зависимость спектров фотолюминесценции (ФЛ) гетероструктур с нанокластерами GeSi/Si, полученных методом сублимационной молекулярно-лучевой эпитаксии в среде германа, от номинальной толщины осажденного слоя Ge dGe в области перехода от слоевого роста к трехмерному зародышеобразованию. Установлено, что при dGe < 4,8 монослоев (МС) в спектрах ФЛ доминируют линии, связанные с фононными и бесфононными оптическими переходами в смачивающем слое Ge. При dGe > 5 MC в спектрах ФЛ появляются линии, связанные с излучательными переходами из зоны проводимости Si в дырочные состояния в нанокластерах GeSi. Исследована температурная зависимость ФЛ гетероструктур с самоформирующимися нанокластерами GeSi/Si в диапазоне температур 8-300 К. Установлено, что интенсивность ФЛ как нанокластеров GeSi, так и смачивающего слоя Ge максимальна при 8 К и уменьшается с ростом температуры.
Введение
В последнее десятилетие все большее внимание привлекает проблема интегральной оптоэлектроники на базе кремния, т. е. проблема создания интегральных
оптоэлектронных устройств на базе традиционной кремниевой технологии [1]. Перспективным направлением развития для кремниевой оптоэлектроники считаются гетероструктуры с самоформирующимися нанокластерами ОеБі/Бі [2]. Благодаря эффекту размерного квантования в нанокластерах, в таких структурах ожидается повышение эффективности процессов излучательной рекомбинации по сравнению с
безызлучательной [3]. Принципиальной трудностью здесь является непрямозонность Бі и Ое, что обусловливает слишком малую вероятность излучательных переходов в объёмном материале.
Уже первые исследования физических свойств структур с ОеБі островками показали, что образование островков приводит к появлению в спектрах фото- и электролюминесценции от этих структур сигнала в области длин волн 1,3-1,54 цм [4]. Также на структурах с ОеБі островками в этой области спектра наблюдается сигнал фотопроводимости [5], что открывает
перспективы расширения спектрального диапазона фотоприемников на основе в инфракрасную область [6].
Обычно структуры ОеБ1/81 с самоформирующимися нанокластерами
получают методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ). В данной работе объектами исследования являлись гетероструктуры с нанокластерами ОеБ1, выращенные методом сублимационной МЛЭ (СМЛЭ) в среде ОеИ4
[7]. В этом методе слои осаждаются из сублимационного источника, а для осаждения ве в ростовую камеру напускается ОеИ4. Ранее
[8] исследовались фотоэлектрические свойства и электролюминесценция меза-диодов на основе р-/-п структур ОеБ1/81 с нанокластерами ОеБ1 в /-области, выращенных указанным методом, и показана его перспективность для создания приборных структур для кремниевой оптоэлектроники. Однако если закономерности роста и оптические свойства нанокластеров веБ^ в процессе МЛЭ хорошо изучены [9], особенности роста последних в процессе СМЛЭ в среде ОеИ4 изучены недостаточно, что препятствует их практическому применению.
Задачей данной работы было исследование зависимости морфологии и спектров фотолюминесценции (ФЛ) гетероструктур с нанокластерами ОеБ1, выращенных методом
СМЛЭ в среде веН4, от условий роста. Целью этих исследований являлось установление закономерностей, связывающих условия роста, морфологию и оптические свойства гетероструктур с нанокластерами ОеБ1, выращенных методом СМЛЭ в среде веН4, и выработка научно обоснованных подходов к созданию структур для кремниевой нано- и оптоэлектроники с заданными свойствами.
Методика эксперимента
Гетероструктуры с нанокластерами ОеБ1 на поверхности буферного слоя были выращены на подложках 81(001). Для исследования связи морфологии и энергетического спектра гетероструктур применялся стандартный подход, обычно используемый для решения подобных задач - выращивание двух серий образцов -спутников с островками на поверхности для исследования морфологии методом атомносиловой микроскопии (АСМ) на подложках марки КДБ-0,002; вторая - с островками, выращенными в тех же условиях на высокоомных подложках марки КДБ-12, заращенными покровным слоем Б1, для исследования спектров ФЛ.
Рабочее давление в ростовой камере составляло ~ 1 х 10-8 Торр. Источником служил монокристалл ^-типа с удельным
сопротивлением 15 Ом см. Подложка и источник нагревались пропусканием
постоянного тока. Скорость роста слоев составляла »2 цм/час. Перед осаждением буферного слоя подложка отжигалась в течение 10 мин. при 1200°С. Осаждение буферного слоя производилось при 1000°С в течение 60 мин. Затем сублимационный источник отключался и в ростовую камеру напускался веН4. Перед этим температура подложки уменьшалась до 700°С. Парциальное давление веН4 в ростовой камере PGeH4 = 9х 10-4 Торр, время роста варьировалось в пределах tg -от 0,25 до 5,0 мин.
Количество осажденного ве определялось методом обратного резерфордовского рассеяния в НИИЯФ МГУ. Использовались ионы Не2+ (а-частицы) с энергией 1,5 МэВ. В качестве источника анализирующих ионов
использовался линейный ускоритель с электростатическим генератором Ван-дер-Граафа. Параметры роста гетероструктур ОеБ1/81 приведены в табл. 1.
Для исследования связи морфологии и оптических свойств нанокластров применялся стандартный подход, обычно используемый для решения подобных задач - выращивание двух
серий образцов - спутников с нанокластерами на поверхности для исследования их морфологии методом атомно-силовой микроскопии (АСМ); второй - с нанокластерами, выращенными в тех же условиях, но заращенными покровным слоем Si, для исследования спектров ФЛ.
Исследование морфологии нанокластеров проводились с помощью АСМ Solver Pro™ производства компании NT-MDT® (Зеленоград, Россия) в контактном режиме. Использовались Si кантилеверы производства компании NT-MDT® марки NSG-11 с радиусом закругления острия R < 10 нм (согласно паспортным данным).
Перед каждым измерением проводились калибровка СЗМ по координатам x, y и z, а также контроль реальных значений R с помощью тестовых структур производства компании NT-MDT® TGZ-3 и TGT-1 соответственно. Обработка и анализ результатов АСМ исследований производились с помощью специализированного программного обеспечения Nova™ Image Analysis 2.0 компании NT-MDT® и SPM Lab™ 6.02
компании Veeco® Instruments (США), а также программного обеспечения для коррекции конволюционных артефактов, разработанного Д.И. Овчинниковым и А.А. Бухараевым (КФТИ КНЦ РАН) [10].
Морфология нанокластеров
характеризовалась следующими параметрами: средняя высота кластеров <H>, средний латеральный размер кластеров по основанию (на уровне 0,1H над плоскостью смачивающего слоя) <D> и поверхностная плотность кластеров Ns.
Измерения спектров ФЛ проводились при помощи решеточного монохроматора Acton SP-558. Возбуждение ФЛ осуществлялось Ar лазером непрерывного излучения (длина волны 514 нм, мощность 1,4 Вт). Регистрация ФЛ проводилась охлаждаемым фотодиодом InGaAs/InP Acton ID441C на модулированном сигнале при помощи цифрового синхронного детектора Stanford Research Systems® SR-810. Для измерения температурной зависимости ФЛ в диапазоне температур 8 - 300К использовался гелиевый криостат замкнутого цикла Janis® CCS-150. Для измерения ФЛ при 77К образцы помещались в сосуд Дьюара с жидким азотом.
Результаты и обсуждение
На рис. 1 показаны АСМ изображения серии образцов со слоем Ge различной толщины на поверхности, выращенных при fg = 700° С.
Образование кластеров при осаждении ве на поверхность буферного слоя происходило по механизму Странски - Крастанова. При tg = = 0,25 мин на поверхности образуется двумерный слой ве, но его толщина ёве = 4 монослоя (МС) не достигает критической толщины (так наз. толщина смачивающего слоя dWL), при которой происходит срыв двумерного роста и начинается образование кластеров. По
СМЛЭ в среде веН4, было установлено методом растровой Оже-микроскопии (РОМ) [11] .
При ^ = 1 мин на поверхности
гетероструктур наблюдаются нанокластеры двух типов: однородная система
куполообразных кластеров с <05> = 250 ± 52
нм, <Н> = 72 ± 18 нм и Я/
5 » » 1.5 108 см~2, а также — более крупные кластеры с <БВ> = 319
Рис. 1. АСМ изображения гетероструктур с нанокластерами веБ^Б! Тё = 700 оС, РоеИ4 = 9 х10- Торр. íg, мин ^0е, МС): а — 0,25 (0); б — 0,5 (4,8); в — 1 (10,3); г — 5 (77). Размер скан 5 х 5 цм2
данным, полученным при исследовании гетероструктур с нанокластерами ОеБ1, выращенных методом МЛЭ, для системы 0е/Б1(001) dWL » 5 МС или
» 0,75 нм. При ^ = 0,5 мин ^ае = 4,8 МС) на поверхности смачивающего слоя начинает формироваться массив нанокластеров. Наличие смачивающего слоя ве между нанокластерами ОеБ1 в структурах, выращенных методом
± 48 нм, <НВ> = 95 ± 14 нм и Л^в» 1,6 108 ем-2. Для подобных образцов характерно бимодальное распределение кластеров по размерам.
Бимодальное распределение по размерам характерно и для кластеров, выращенных методом МЛЭ [12]. В последнем случае оно связывается с наличием двух форм кластеров: пирамидальных (так наз. ругаші^кластеров) и
б
а
в
г
№ ^ мин dGe, МС <БВ>, нм <НВ>, нм МЯВ 108 см-2 <Д5>, нм <Н*>, нм 108 см-2
10-253 0,25 4 - - - 0 0 0
10-152 0,5 4,8 182 23 4,24 38 13 3
10-149 1 10,3 319 95 1,61 250 72 1,5
10-146 2 366 125 1,54 256 93 3,3
10-76 5 77 564 0,71 304 208 1,9
куполообразных или ^ше-кластеров. В
данном случае бимодальное распределение кластеров по размерам скорее можно связать с тем, что хотя зарождение кластеров
происходит по механизму Странски -
Крастанов
а, их
дальнейши й рост
происходи т по
механизму Фольмера - Вебера.
При этом
большие
кластеры растут за счет оттока атомов ве от меньших путем поверхностной диффузии.
При дальнейшем увеличении tg до 5 мин (соответствующая номинальная толщина слоя ве dGe » 77 МС) размеры крупных кластеров увеличиваются и происходит их коалесценция.
Подобная динамика морфологии
наблюдалась при выращивании нанокластеров 1пЛ8/ОаЛ8 методом МОС-гидридной эпитаксии при пониженном давлении [13] и была тем более выражена, чем больше было давление в реакторе. По-видимому, подобные
закономерности характерны для процесса газофазной эпитаксии.
В табл. 1 представлены параметры
морфологии образцов с нанокластерами 0еБ1/81(001), определенные по данным АСМ.
Полученная в данной работе зависимость спектров ФЛ гетероструктур с нанокластерами ОеБ1, выращенными методом СМЛЭ в среде веН4, от номинальной толщины осажденного слоя ве сходна с полученной ранее [3] зависимостью для аналогичных структур, выращенных методом МЛЭ. При tg = 0,25 мин, что соответствует dGe = 4,0 МС, (рис. 2, кривая 1) в спектре доминируют линии, связанные с фононными и бесфононными излучательными рекомбинационными переходами из состояний зоны проводимости на размерно-квантованные уровни тяжелых дырок в двумерном смачивающем слое ве (рис. 3а).
На рис.2 представлена зависимость спектров ФЛ (77К) гетроструктур веБ^ от номинальной толщины осажденного слоя ве
й^Ое.
Интерпретация спектров ФЛ была основана на модельных расчетах энергетического спектра псевдоморфной прослойки твердого раствора Сех8м-х8^001) с учетом температуры, упругих
напряжений и эффекта размерного квантования по модели, разработанной В.Я. Алешкиным и
Н.А. Бекиным (Институт физики микроструктур РАН, Нижний Новгород) [14]. Предполагая, что смачивающий слой состоит из чистого ве,
Параметры ростового процесса и морфологии массивов поверхностных нанокластеров Се8і/8і, выращенных при Т = 700°С и РСеН4 = 9 х10" Торр
получаем, что его толщина, соответствующая энергии переходов в спектрах ФЛ, приведенных на рис. 2, составляет » 3 МС. Это значение на 25%
I рь произв. ед.
105
104
103
102
101
10°
10-1
10-2
Ь-Ю WL Бі-ЬО I
1.1 1.2 Ьп, эВ
Рис. 2. Зависимость спектров ФЛ (77 К)
гетероструктур веБ^Б! от номинальной толщины осажденного слоя й0(:. РоеН4 = 9 х 10-4 Торр. Т = 700°С,
ге, мин: 1 - 0,25; 2 - 1,0; 3 -2,0; 4 - 4,0; 5 - 5,0. й0<! - осажденный монослой, МС: 1 - 4,0; 2 - 10,3;
3 - 27; 4 - 60; 5 - 77
меньше того, что дают измерения методом ОРР.
Также в спектрах всех образцов наблюдается пик с максимумом при Ну = 1,107 эВ,
соответствующий краевой ФЛ в с участием ЬО фонона.
С ростом времени осаждения и, соответственно, количества осажденного материала в спектре ФЛ (рис. 2, кривая 2) появляется слабая линия с максимумом при Ну »
0,93 эВ, связанная с излучательными переходами из электронных состояний в зоне
Таблиці
проводимости Si в локализованные дырочные состояния в нанокластерах GeSi (рис. 36). При этом интенсивность ФЛ от смачивающего слоя относительно интенсивности краевой ФЛ Si падает, поскольку появляется конкурирующий кагал рекомбинации через нанокластеры. Однако ФЛ от смачивающего слоя не исчезает полностью, поскольку при
dGe = 4,8 МС плотность кластеров еще невелика (рис. 1б).
При dGe = 10,3 МС (рис. 2, кривая 3) линии ФЛ от смачивающего слоя исчезают полностью, и в спектре становится доминирующим пик ФЛ в нанокластерах. Это связано с тем, что при дальнейшем увеличении dGe происходит увеличение поверхностной плотности
Это, в свою очередь, способствует релаксации упругих напряжений и, соответственно, понижению свободной энергии в системе кластер-подложка [15]. По значению энергии непрямого (в реальном пространстве) перехода, связанного с нанокластерами, можно оценить содержание Ge в материале нанокластеров х. Оценка х проводилась на основе расчета энергетического спектра нанокластеров GeSi, псеводоморфных подложки Si по модели [14], описанной выше. При расчете спектра нанокластеров GeSi эффектом размерного квантования в них пренебрегали, поскольку они имели достаточно большие размеры (много больше длины волны де Бройля для электронов и дырок в Ge и Si).
Ge
GeSi
Ес
Ev
б
Рис. 3. Схема межзонных излучательных рекомбинационных переходов в смачивающем слое Ge (a) и нанокластерах GeSi (б)
а
нанокластеров, и фотовозбужденные электронно-дырочные пары и экситоны не успевают рекомбинировать в смачивающем слое Ge, поскольку успевают
продиффундировать в кластеры и уже в них рекомбинировать (рис. 2, кривые 4 и 5).
Пик ФЛ от нанокластеров имеет тонкую структуру и достаточно точно описывается суммой двух гауссовых кривых (рис. 4).
Подобная структура линии ФЛ может быть связана с бимодальным распределением кластеров не только по размерам, но и по составу. В [11] прямыми измерениями с использованием метода растровой Оже-микроскопии (РОМ) было показано, что нанокластеры, выращенные методом СМЛЭ в среде GeH4, состоят из твердого раствора GexSi1-x, что объясняется диффузией Бі из подложки в объем кластера в процессе роста.
В этом случае энергия основного перехода в нанокластерах определяется только
содержанием Ge в нанокластерах и не зависит от их размеров. Поэтому удвоение пика ФЛ не может быть связано с бимодальным
распределением кластеров по размерам и может быть связано скорее с различиями в составе более мелких и более крупных кластеров. Последнее возникает, вероятно, в процессе коалесценции. Согласно механизму Фольмера -Вебера, рост более крупных кластеров
происходит за счет перетекания в них материала от более мелких посредством
поверхностной диффузии. При этом возможно проникновение дополнительной доли Si в объём кластеров. Сходные явления наблюдались при выращивании нанокластеров 1пА8^аА8(001) методом МОС-гидридной эпитаксии при атмосферном давлении. Для таких структур
/р[_, произв. I
Рис. 4. Разложение пика спектра ФЛ (77К) нанокластеров ОеБі (^Ое = 10,8 МС) на гауссовы компоненты
Рис. 5. Температурная зависимость спектров
фотолюминесценции гетероструктуры с
нанокластерами ОеБі/Бі, выращенной при РОеН4 = 9 х 10-4 Торр,
ТЁ = 700оС, tg = 1 мин. Температура в криостате Т, К: 1 - 9; 2 - 15; 3 - 40; 4 - 77; 5 - 100; 6 - 150; 7 - 200; 8 - 250; 9 - 295
*8 ^
Иу, эВ
т, К
кг’
также характерно бимодальное распределение поверхностных кластеров по размерам, при этом более мелкие кластеры состоят из чистого ІпЛз, а более крупные — из твердого раствора ІпхОа1-хЛ8 с х » 0,75. Образование твердого раствора в последних также связывается с диффузионным перемешиванием атомов Іп и Оа в процессе коалесценции.
Отметим, что энергия максимумов ФЛ в нанокластерах при ёОе > 10 МС не зависит от ^Ое (рис. 2). Это косвенно подтверждает, что нанокластеры состоят из твердого раствора Оех8І1_х.
В табл. 2 приведены значения х в
нанокластерах Оех8і1-х, выращенных методом СМЛЭ в среде ОеН4 при Т8 = 700°С, полученные различными методами, включая методы РОМ и
спектроскопии фотоЭДС на барьере полупроводник/электролит (ФПЭ). Значения х в нанокластерах Оех811-х, полученные различными методами, согласуются между собой. По данным [17], концентрация Ое х в нанокластерах, выращенных методом МЛЭ при
Т = 7000с____________ а 5
Iрь произв. ед. Таблица /рь произв
Атомная доля Се в материале нанокластеров х, определенная различными методами
РОМ ФЛ ФПЭ
0,41 ± 0,07 0,34 ± 0,05 0,36 ± 0,10
На рис. 5 представлены спектры ФЛ
гетероструктуры с нанокластерами ОеБ^Б^ выращенной при РОеН4 = 9 X 1А-4 Торр, =
70АОС, ^ =
= 1 мин, измеренные при различных
температурах. В диапазоне от 295 К до 150 К наблюдается широкий пик краевой ФЛ и линии смачивающего слоя Ое. При дальнейшем понижении температуры ФЛ от смачивающего слоя Ое возрастает, также наряду с ними появляются линии, связанные с массивом нанокластеров. Так как плотность островков в данном образце мала, интенсивность их ФЛ ниже интенсивности ФЛ и смачивающего слоя Ое.
На рис. 6 представлены температурные
зависимости интенсивности различных линий в спектре ФЛ, представленном на рис. 5: краевой ФЛ (кривая 1); фононного и бесфононного пика ФЛ в смачивающем слое Ое (кривые 2 и 3 соответственно) и ФЛ в нанокластерах ОеБ1 (кривая 4).
Температурное гашение ФЛ от нанокластеров ОеБ1 происходит при 1АА К, смачивающего слоя Ое - при 2ААК.
Заключение
Методом АСМ исследована зависимость параметров морфологии массивов
поверхностных нанокластеров ОеБ1/81(АА1). Они получены методом сублимационной МЛЭ в среде ОеН4, (латеральные размеры, высота, поверхностная плотность) в зависимости от времени роста.
Установлено, что зарождение кластеров происходит по механизму Странски -Крастанова. Критическая толщина слоя Ое ^е, при которой происходит переход от слоевого роста к трехмерному зародышеобразованию, составляет 4,А-4,8 монослоев (МС). При дальнейшем увеличении ёОе проявляется тенденция к коалесценции кластеров.
Исследована зависимость спектров фотолюминесценции (ФЛ) гетероструктур с нанокластерами ОеБ1/81, заращенными покровным слоем Б1, от номинальной толщины осажденного слоя Ое, в частности, в области перехода от слоевого роста к трехмерному зародышеобразованию. Концентрация Ое в объеме кластеров, определенная по спектрам ФЛ (»35%), согласуется с данными РОМ и ФПЭ. Исследована температурная зависимость ФЛ гетероструктур с самоформирующимися нанокластерами ОеБ1/81 в диапазоне температур
8-300 К. Температурное гашение ФЛ от нанокластеров GeSi наблюдалось при 100 К, смачивающего слоя Ge — при 200 К.
Работа выполнена при поддержке CRDF (RUX-0-001-NN-06/BP1MO1) и Федерального агентства по образованию Российской Федерации (РНП.2.1.1.4737).
Список литературы
1. Pavesi L. // Journal of Physics :Condensed Matter. 2003. V. 15. P. 1169-1196.
2. Shiraki Y., Sakai A. // Surface Science Reports. 2005. V. 59. № 7-8. P. 153-207.
3. Красильник З.Ф., Новиков А.В. // УФН. 2000. Т. 170. № 3. С. 338-341.
4. Apertz R., Vescan A., Hartmann A. // Applied Physics Letters. 1995. V. 66. P. 445-447
5. Якимов А.И., Двуреченский А.В., Никифоров А.И. // ФТП. 2003. T. 37. Вып. 11. C. 1383-1388.
6. Abstreiter G., Schittenhelm P., Engel C. E. Silveira et al. // Semiconductor Science and Technology. 1996. V. 11. P. 1521-1528.
7. Светлов С.П., Шенгуров В.Г., Чалков В.Ю., Красильник З.Ф. и др. // Известия Академии наук. Серия физическая. 2001. Т. 65. № 2. С. 204-207.
8. Максимов Г.А., Красильник З.Ф.,
Филатов Д.О., Круглова М.В. и др. // ФТТ. 2005. Т. 47. № 1. С. 26-28.
9. Vostokov N.V., Gusev S.A., Drozdov Yu.N. et al. // Physics of Low-Dimensional Structures. 2001. № 3/4. Р. 295-299.
10. Бухараев А.А., Овчинников ДБ.,
Бухараева А. А. // Заводская лаборатория. 1996. № 1.
С. 10-27.
11. Maximov G.A., Krasil’nik Z.F., Novikov A.W. et al. // Nanophysics, Nanoclusters, and Nanodevices, Ed. by Kimberly S. Gehar / Nova Science, New York. 2006.
12. Vostokov N.V., Dolgov I.V., Drozdov Yu.N. et al. // Journal of Crystal Growth. 2000. V. 209. № 2-3. P. 302-305.
13. Lita B, Goldman R.S., Phillips D.,
Bhattacharya P.K. // Applied Physics Letters. 1999. V. 75. № 18. P. 2797-2799.
14. Алешкин В.Я., Бекин Н.А. // ФТП. 1997. Т. 31. № 2. С. 171-178.
15. Востоков Н.В., Гусев С.А., Долгов И.В. // ФТП. 2000. T. 34. № 1. С. 8-12.
16. Karpovich, I.A. Tuning the Energy Spectrum of the InAs/GaAs Quantum Dot Structures by Varying the Thickness and Composition of a Thin Double GaAs/InGaAs Cladding Layer / I.A. Karpovich, B.N. Zvonkov, N.V. Baidus’ et al.//Trends in Nanotechnology Research - ed. Eugene V. Dirote. New York: Nova Science, 2004. P. 173-208.
17. Vostokov, N.V., Dolgov, I.V., Drozdov, Yu.N. et al. // Journal of Crystal Growth. 2000. V. 209. № 2-3. P. 302-305.
PHOTOLUMINESCENCE OF SELF-FORMED GeSi/Si NANOCLUSTERS GROWN BY SUBLIMATION MOLECULAR-BEAM EPITAXY IN THE GERMAN ATMOSPHERE
D.O. Filatov, M. V. Kruglova, M.A. Isakov, S. V. Siprova, M.O. Marychev,
S.P. Svetlov, V. Yu. Chalkov, and S.A. Denisov
We study the dependence of photoluminescence spectra of heterostructures with GeSi/Si nanoclusters, tained by sublimation molecular-beam epitaxy in the germane atmosphere, on the nominal thickness dGe of e deposited Ge layer in the transition region from layered growth to three-dimensional nucleation. It is found at the photoluminescence spectrum for dGe < 4,8 monolayers is dominated by the lines due to phonon and ononless optical transitions in the wetting Ge layer, while the lines due to radiative transitions from the Si iduction band to the hole states in the GeSi nanoclusters appear in the photoluminescence spectra for dGe > 5 onolayers. We study the temperature dependence of photoluminescence of heterostructures with self-formed Si/Si nanoclusters in the temperature range 8-300 K. It is found that the intensity of photoluminescence from th GeSi nanoclusters and the wetting Ge layer is maximum at 8 K and decreases with increasing temperature.
