Фотолюминесценция SiSnGe гетероструктур

Abstract

Интерес к твёрдым растворам SiGeSn связан с тем, что управляя составом можно управлять их зонной структурой, и есть предположения, что в таких твёрдых растворах можно достичь прямозонной структуры и получить эффективные излучатели инфракрасного (ИК) диапазона [1]. Гетероструктуры Si/Si(1-x)Snx и твёрдые растворы SiGeSn были выращены на подложке Si (001) в условиях сверхвысокого вакуума 10-7 -10-8 Па на установке молекулярно-лучевой эпитаксии “Катунь C”. Сначала осуществлялся рост буферного слоя кремния толщиной 150 нм при температуре 700°С, затем происходил рост гетероструктур. Состав слоёв и толщины слоёв в гетероструктурах варьировались, содержание олова в твёрдых растворах SiSn варьировалось от 10% (образец 1) до 25% (образец 2, см. рисунок). Многослойные гетероструктуры Si/Si(1-x)Snx а также твёрдые растворы SiSnGe были исследованы с применением спектроскопии комбинационного рассеяния света и фотолюминесценции. В спектрах комбинационного рассеяния света гетероструктур Si/Si(1-x)Snx обнаружены пики, соответствующие колебаниям связей Si-Sn, а также Sn-Sn, последнее позволяет предположить, что в гетероструктурах присутствуют нанокристаллы олова. В спектрах твёрдых растворов SiGeSn были обнаружены пики, соответствующие колебаниям связей Sn-Sn, Si-Sn, Ge-Si, и Ge-Sn. Спектры фотолюминесценции измеряли с использованием мультиканального детектора на основе матрицы InGaAs-диодов. Длинноволновый край порога чувствительности составлял 2100 нм, корректировки спектров на чувствительность детектора не проводилось. При низких температурах в гетероструктурах Si/Si(1-x)Snx наблюдались две полосы фотолюминесценции – 0.75 эВ (1650 нм) и 0.65 эВ (1900 нм), первую можно связать с оптическими переходами в квантовых ямах в гетероструктуре второго рода Si/Si(1- x)Snx, а вторую с экситонами, локализованными в нанокристаллах олова (см. рисунок). В твёрдых растворах SiGeSn также была обнаружена фотолюминесценция в ИК диапазоне при низких температурах.