Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Фотолюминесцентные свойства ионов эрбия в слоях твердых растворов кремний-германия и в структурах с кремниевыми нанокристаллами

Диссертация: Фотолюминесцентные свойства ионов эрбия в слоях твердых растворов кремний-германия и в структурах с кремниевыми нанокристаллами
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Целью данной работы являлось исследование фотолюминесцентных (ФЛ) свойств легированных эрбием структур на основе кремния для получения информации о процессах возбуждения и релаксации электронных состояний ионов Ег3″ 1″ в неоднородной твердотельной матрице, а также для изучения условий достижения инверсной населённости уровней энергии ионов Ег3+ при интенсивной оптической накачке. Объектами… Читать ещё >

Содержание

  • СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ
  • ГЛАВА I. ОСОБЕННОСТИ ЛЮМИНЕЦЕНЦИИ ИОНОВ ЭРБИЯ (Ег3*) В
  • ТВЕРДОТЕЛЬНЫХ МАТРИЦАХ (обзор литературы)
    • 1. 1. Энергетический спектр и люминесцентные свойства ионов Ег3* в твердотельных диэлектрических матрицах
    • 1. 2. Характеристики фото- и электролюминесценции ионов Ег3* в полупроводниках: энергетический спектр, среднее время жизни, механизм возбуждения
      • 1. 2. 1. Кристаллический кремний и другие полупроводниковые ц кристаллы, легированные эрбием
      • 1. 2. 2. Тонкие слои и волноводные структуры на основе твёрдых растворов Sii. xGex:Er
      • 1. 2. 3. Аморфный кремний, легированный эрбием
      • 1. 2. 4. Кремниевые нанокристаллы в диоксиде кремния, легированном эрбием
    • 1. 3. Структура оптически активных эрбиевых центров в кремнии и диоксиде кремния
    • 1. 4. Особенности оптических свойств легированных эрбием кремниевых структур при высоких уровнях возбуждения
    • 1. 5. Выводы из обзора литературы и постановка задачи исследования
  • ГЛАВА II. ОБРАЗЦЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
    • 2. 1. Слои твердых растворов Sii. xGex:Er
    • 2. 2. Структуры кремниевых нанокристаллов в матрице диоксида кремния, легированной эрбием (nc-Si/Si02:Er)
    • 2. 3. Методика измерения спектров и кинетик фотолюминесценции
    • 2. 4. Схема эксперимента по исследованию оптического усиления
  • ГЛАВА III. ФОТО ЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ ИОНОВ ЭРБИЯ В СЛОЯХ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ КРЕМНИЙ-ГЕРМАНИЯ
    • 3. 1. Зависимость характеристик ФЛ от состава и условий формирования образцов
    • 3. 2. Температурная зависимость ФЛ
    • 3. 3. Зависимость характеристик ФЛ образцов Si/Sij.xGex:Er/Si от
  • Ь интенсивности оптического возбуждения
    • 3. 4. Динамика населённости состояний ионов Ег3* в Sii. xGex:Er структурах
  • ГЛАВА IV. ИЗУЧЕНИЕ ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦЕНТНЫХ СВОЙСТВ СТРУКТУР nc-Si/Si02:Er
    • 4. 1. Характеристики ФЛ нелегированных структур nc-Si/S
      • 4. 1. 1. Спектры и кинетики ФЛ при Т=300 К
      • 4. 1. 2. Температурная зависимость ФЛ
    • 4. 2. Фотолюминесцентные свойства структур nc-Si/Si02:Er
      • 4. 2. 1. Зависимость характеристик ФЛ ионов от размеров нанокристаллов
      • 4. 2. 2. Расчет энергии штарковского расщепления уровней ионов Ег" имплантированных в nc-Si/S
      • 4. 2. 3. Температурная зависимость ФЛ
      • 4. 2. 4. Зависимость интенсивности ФЛ образцов nc-Si/Si02:Er от концентрации эрбия
    • 4. 3. Теоретический и экспериментальный анализ люминесцентных характеристик структур nc-Si/SiC>2:Er при интенсивном оптическом возбуждении
      • 4. 3. 1. Зависимость характеристик ФЛ ионов от интенсивности накачки
      • 4. 3. 2. Феноменологическая модель возбуждения/девозбуждения экситонов и ионов в структурах с кремниевыми нанокристаллами
      • 4. 3. 3. Определение относительной концентрации возбужденных ионов и оптического усиления в структурах nc-Si/Si02:Er

Фотолюминесцентные свойства ионов эрбия в слоях твердых растворов кремний-германия и в структурах с кремниевыми нанокристаллами (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Актуальность работы.

Одной из актуальных задач современной полупроводниковой оптоэлектроники является исследование новых материалов, обладающих высокой эффективностью эмиссии света при оптическом или электрическом возбуждении и основанных на кремниибазовом элементе микроэлектроники. Цель таких исследований — создание светоизлучающего прибора, совместимого со стандартной кремниевой технологией для внедрения в существующие интегральные схемы. Излучательная эффективность объёмного кристаллического кремния чрезвычайно мала вследствие непрямозонности данного материала. Резкого увеличения интенсивности люминесценции удаётся добиться при переходе к нанокристаллическому кремнию [1]. Однако, ряд проблем, таких, например, как наличие флуктуаций размеров кремниевых нанокристаллов, существенно затрудняет задачу получения оптического усиления и лазерного эффекта в подобных структурах. В этой связи весьма перспективным представляется альтернативный способ увеличения излучательной способности кремния, а именно, использование его в качестве матрицы для сенсибилизации люминесценции различных примесей. Среди последних особое внимание привлекают ионы редкоземельных элементов, и, в частности, ионы эрбия (Ег3*). Будучи переведёнными в возбуждённое состояние, они способны излучать свет с длиной волны около 1.5 мкм, что соответствует минимуму потерь оптоволоконных линий связи [2,3]. Создание оптического усилителя или лазера на основе легированной эрбием кремниевой матрицы позволило бы интегрировать на единой подложке элементы оптои микроэлектроники. Для этих целей необходимо как глубокое понимание механизмов возбуждения и девозбуждения ионов Ег3+ при их взаимодеиствии с твердотельной матрицей, так и изучение условий, необходимых для получения оптического усиления.

Целью данной работы являлось исследование фотолюминесцентных (ФЛ) свойств легированных эрбием структур на основе кремния для получения информации о процессах возбуждения и релаксации электронных состояний ионов Ег3″ 1″ в неоднородной твердотельной матрице, а также для изучения условий достижения инверсной населённости уровней энергии ионов Ег3+ при интенсивной оптической накачке. Объектами изучения являлись структуры кремниевых нанокристаллов в матрице диоксида кремния, легированные эрбием (nc-Si/Si02:Er), а также слои твердых растворов кремний-германия с примесью эрбия (Sii-xGex:Er). Перспективность nc-Si/Si02:Er-CTpyKTyp объясняется высоким квантовым выходом и хорошей температурной стабильностью ФЛ. Образцы Sii. xGex:Er характеризуются, в свою очередь, высокой степенью локализации света в активном кремний-германиевом слое за счёт своей волноводной структуры, а также возможностью возбуждения люминесценции электрическим током.

В работе были поставлены следующие задачи:

1. Изучить влияние структурных свойств образцов nc-Si/Si02:Er и Si/Sii-xGex:Er/Si, а.

Ч. также интенсивности оптической накачки и температуры на среднее время жизни и интенсивность ФЛ ионов Ег3″ 1″ .

2. Провести экспериментальное и теоретическое исследование зависимости спектра и среднего времени жизни эрбиевой ФЛ от размеров кремниевых нанокристаллов в структурах nc-Si/Si02:Er.

3. В рамках феноменологической модели проанализировать процессы релаксации энергии электронного возбуждения в связанной системе на основе ионов Ег3+ и кремниевых нанокристаллов в структурах nc-Si/Si02:Er и сравнить выводы модели с результатами эксперимента.

4. Экспериментально исследовать возможность достижения инверсной населённости уровней ионов Ег3+ в структурах nc-Si/Si02:Er и Si/Sii.xGex:Er/Si.

Научная новизна результатов, полученных в диссертации:

1) Проведено всестороннее исследование зависимости времени жизни и интенсивности ФЛ ионов эрбия в образцах nc-Si/Si02:Er и Si/Sii.xGex:Er/Si от структурных параметров, интенсивности оптической накачки и температуры.

2) Обнаружено и объяснено влияние размеров кремниевых нанокристаллов на ширину спектра и время жизни ФЛ ионов эрбия в структурах nc-Si/Si02:Er.

3) Показано, что феноменологическая модель передачи и релаксации энергии в системе взаимодействующих ионов эрбия и экситонов в кремниевых нанокристаллах хорошо описывает экспериментальные данные по измерению ФЛ структур nc-Si/Si02:Er.

4) Впервые на основании экспериментальных данных и теоретического анализа продемонстрирована возможность достижения инверсной населённости уровней ионов Ег3+ в структурах nc-Si/Si02:Er и Si/Si]. xGex: Er/Si.

Научная и практическая значимость работы.

Полученные в работе новые результаты являются важными как для понимания фундаментальных электронных и оптических свойств легированных эрбием кремниевых структур, так и в прикладном плане — как следующий шаг на пути создания компактных диодов, оптических усилителей и лазеров, совместимых с кремниевой технологией и системами телекоммуникации.

На защиту выносятся следующие положения:

1) Новая информация о кинетике ФЛ оптически активных центров эрбия в твердых растворах Sii. xGex:Er (х >0.08).

2) Новые экспериментальные и теоретические данные о влиянии размеров кремниевых нанокристаллов, интенсивности оптической накачки и температуры на ширину спектра и среднее время жизни ФЛ ионов Ег3″ 1″ в структурах nc-Si/Si02:Er.

3) Полученный на основании экспериментальных данных вывод о возможности достижения инверсной населенности уровней энергии ионов Ег3+ в структурах nc-Si/Si02:Er и Si/Sii-xGex:Er/Si при интенсивной оптической накачке.

Апробация работы.

Результаты, вошедшие в диссертацию, опубликованы в 27 работах, из которых 10 — статьи в научных журналах и сборниках (см. список публикаций) и 17 — тезисы докладов в материалах конференций. Апробация проходила на следующих конференциях: Совещание «Нанофотоника-2004», Нижний Новгород, Россия, 2004; X Международная конференция «Физика диэлектриков» («Диэлектрики-2004»), Санкт-Петербург, Россия, 2004; IV Международная конференция «Аморфные и микрокристаллические полупроводники» Санкт-Петербург, Россия, 2004; V международный российско-украинский семинар «Нанофотоника и наноэлектроника», Санкт-Петербург, Россия, 2004; 2nd International Conference on Materials science and Condensed Matter Physics, Chisinau, Moldova, 2004; Научная конференция «Ломоносовские чтения. Секция физики» МГУ, Москва, Россия, 2004; International Conference on Advanced Laser Technologies (ALT' 04) — Rome, Italy, 2004; VI Всероссийская молодежная конференция по физике полупроводников и полупроводниковой оптои наноэлектроники, Санкт-Петербург, Россия, 2004; Симпозиум «Нанофизика и Наноэлектроника», Нижний Новгород, Россия, 2005; Научная конференция «Ломоносовские чтения. Секция физики», МГУ, Москва, 2005; International Conference «Nanomeeting-2005», Minsk, Belarus, 2005; The European Materials Conference «E-MRS-2005 Spring Meeting», Strasbourg, France, 2005; 3-rd International Conference on Materials for Advanced Technologies (ICMAT 2005) and 9-th International Conference on Advanced Materials (ICAM 2005), Singapore, 2005; 13-th International symposium «Nanostructures: physics and technology», St. Petersburg, Russia, 2005; 21st International Conference on Amorphous and Nonacrystalline Semiconductors, Lisbon,.

Portugal, 2005; VII Российская конференция по физике полупроводников.

Полупроводники — 2005″, Москва, Россия, 2005; X Симпозиум «Нанофизика и наноэлектроника», Нижний Новгород, Россия, 2006.

Основные результаты опубликованы в следующих статьях:

1. V.Yu. Timoshenko, M.G. Lisachenko, О.A. Shalygina, B.V. Kamenev, D.M. Zhigunov, S.A. Teterukov, P.K. Kashkarov, J. Heitmann, M. Zacharias, Comparative Study of Photoluminescence of Undoped and Erbium-Doped Size-Controlled Nanocrystalline Si/Si02 Multilayered Structures // J. Appl. Phys., 2004, v. 96, n. 4, pp. 2254−2260.

2. В. Ю. Тимошенко, O.A. Шалыгина, М. Г. Лисаченко, Д. М. Жигунов, С. А. Тетеруков, П. К. Кашкаров, D. Kovalev, М. Zacharias, К. Imakita, М. Fujii, Люминесценция ионов эрбия в слоях кремниевых нанокристаллов в матрице диоксида кремния при сильном оптическом возбуждении // ФТТ, 2005, т. 47, вып. 1, с. 116−119.

3. С. А. Тетеруков, М. Г. Лисаченко, О. А. Шалыгина, Д. М. Жигунов, В. Ю. Тимошенко, П. К. Кашкаров, Влияние неоднородностей диэлектрической проницаемости твердотельной матрицы на ширину спектра люминесценции ионов эрбия // ФТТ, 2005, т. 47, вып. 1, с. 102−104.

4. О. А. Шалыгина, Д. М. Жигунов, М. Г. Лисаченко, С. А. Тетеруков, Д. А. Сапун, В. Ю. Тимошенко, П. К. Кашкаров, Структуры кремниевых нанокристаллов с примесью эрбия и их возможные применения в светоизлучающих оптоэлектронных устройствах // Вестник МГУ, Серия 3, Физика. Астрономия, 2005, № 1, с. 27−34.

5. М. В. Степихова, Д. М. Жигунов, В. Г. Шенгуров, В. Ю. Тимошенко, Л. В. Красильникова, В. Ю. Чалков, С. П. Светлов, О. А. Шалыгина, П. К. Кашкаров, З. Ф. Красильник, Инверсная населенность уровней энергии ионов эрбия при передаче возбуждения от полупроводниковой матрицы в структурах на основе кремния/германия // Письма в ЖЭТФ, 2005, т. 81, вып. 10, с. 614−617.

6. P.K. Kashkarov, О.А. Shalygina, D.M. Zhigunov, D.A. Sapun, S.A. Teterukov, V.Y. Timoshenko, J. Heitmann, M. Schmidt, M. Zacharias, K. Imakita, M. Fujii, Sh. Hayashi, Light emission from erbium-doped nanocrystalline silicon/silicon dioxide layers under strong optical excitation // Proceedings SPIE, 2005, v. 5850, pp. 20−24.

7. S.A. Teterukov, M.G. Lisachenko, D.M. Zhigunov, O.A. Shalygina, P.K. Kashkarov, V.Yu. Timoshenko, Effect of dielectric function inhomogeneities on spectral width of Er ion luminescence in structures of Si nanocrystals // Phys. Status Solidi (b), 2005, v. 242, issue 15, pp. 3177−3181.

8. M. Stepikhova, L. Krasil’nikova, Z. Krasil’nik, V. Shengurov, V. Chalkov, S. Svetlov, D. Zhigunov, V. Timoshenko, O. Shalygina, P. Kashkarov, Si/SiGe:Er/Si Structures for Laser Realization: Theoretical Analysis and Luminescent Studies", Journal of Crystal Growth, 2006, v. 288, issue 1, pp. 65−69.

9. M.V. Stepikhova, L.V. Krasil’nikova, Z.F. Krasil’nik, V.G. Shengurov, V.Yu. Chalkov, D.M. Zhigunov, O.A. Shalygina, V.Yu. Timoshenko, Observation of the population inversion of erbium ion states in S i/Si iex: Ег/S i structures under optical excitation // Optical Materials, 2006, v. 28, pp. 893−896.

10. Д. М. Жигунов, O.A. Шалыгина, С. А. Тетеруков, В. Ю. Тимошенко, П. К. Кашкаров, М. Zacharias, Особенности фотолюминесценции ионов эрбия в структурах с кремниевыми нанокристаллами // ФТП, 2006, т. 40 (в печати).

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

И ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ.

В работе изучены ФЛ свойства ионов Ег3*, содержащихся в слоях твёрдых растворов кремний-германия и в структурах с кремниевыми нанокристаллами. Были получены следующие основные результаты:

1. На основании исследования ФЛ твердых растворов Sii. xGex:Er обнаружены два основных вида оптически активных центров Ег3*, интенсивность и времена жизни ФЛ которых зависят от концентрации германия, температуры и интенсивности возбуждения. Полученные результаты объясняются в рамках модели, предполагающей возбуждение и девозбуждение ионов при взаимодействии с электронной подсистемой матрицы Sii.xGex.

2. На основании анализа кинетик нарастания и спада ФЛ ионов эрбия в слоях Sii. xGex:Er при интенсивной оптической накачке показана возможность достижения инверсной населенности уровней энергии ионов Ег3* посредством передачи энергии электронного возбуждения от матрицы Sii.xGex.

3. Обнаружено увеличение ширины спектра и укорочение времени жизни ФЛ ионов эрбия в структурах nc-Si/Si02:Er при увеличении размеров кремниевых нанокристаллов от 1.5 до 4.5 нм, что объясняется влиянием неоднородных электрических полей на границах nc-Si/Si02 на состояния ионов Ег3*.

4. Обнаружено, что с ростом интенсивности оптического возбуждения в структурах nc-Si/Si02:Er происходит укорочение времени жизни ФЛ ионов Ег3″ 1 ', что объясняется как безызлучательной оже-деактивацией ионов вследствие обратного переноса энергии к кремниевым нанокристаллам, так и возможным вкладом вынужденных оптических переходов.

Предложена феноменологическая модель, объясняющая наблюдаемый сверхлинейный рост интенсивности ФЛ экситонов в нанокристаллах Si при наличии акцепторов энергии — ионов Ег3*, а также подтверждающая правомерность использования решения приближенного кинетического уравнения для расчетов относительной концентрации возбужденных ионов Ег3* в структурах nc-Si/SiC>2:Er и Sii. xGex:Er.

Установлено, что в образцах nc-Si/Si02:Er при интенсивной оптической накачке может достигаться инверсная населенность уровней энергии ионов Ег3* посредством переноса энергии от экситонов, локализованных в кремниевых нанокристаллах.

Автор выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю профессору, д. ф.-м. н. Виктору Юрьевичу Тимошенко за предоставление интересной темы, неоценимую помощь и всестороннюю поддержку, оказанную при выполнении данной работы. Автор также глубоко признателен заведующему кафедрой общей физики и молекулярной электроники физического факультета МГУ профессору П. К. Кашкарову за постоянное внимание и поддержку, а также О. А. Шалыгиной, М. Г. Лисаченко, С. А. Тетерукову, Д. А. Сапуну, Д. А. Палёнову и всему коллективу кафедры за содействие в выполнении данного исследования. Автор благодарен З. Ф. Красильнику, М. В. Степиховой, Л. В. Красильниковой, М. Захариас и М. Фуджи за предоставленные образцы и плодотворные обсуждения полученных результатов.

Показать весь текст

Список литературы

  1. L. Canham, Gaining light from silicon // Nature, 2000, v. 408, pp. 411- 412.
  2. A. Polman, Erbium implanted thin film photonic materials // J. Appl. Phys., 1997, v. 82, pp. 1−39.
  3. S. Coffa, G. Franzo, F. Priolo, Light Emission From Er-Doped Si: Materials Properties, Mechanisms, and Device Performance // MRS Bulletin, 1998, v. 23, p. 25.
  4. Таблицы физических величин // справочник под редакцией И. К. Кикоина, М., Атомиздат (1979).
  5. Е. Snoeks, G. N. van den Hoven, A. Polman, Optical doping of soda-lime-silicate glass with erbium by ion implantation // J. Appl. Phys., 1993, v. 73, pp. 8179−8183.
  6. G. S. Pomrenke, P. B. Klein, D. W. Langer, Rare Earth Doped Semiconductors // Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 301, MRS Publ., Pittsburgh (1993).
  7. В. В. Ушаков, А. А. Гиппиус, В. А. Дравин, А. В. Спицин, Люминесценция редкоземельной примеси эрбия в арсениде и фосфиде галлия // ФТП, 1982, т. 16, р. 1127.
  8. P. G. Kik, М. L. Brongersma, A. Polman, Strong exciton-erbium coupling in Si nanocrystal-doped Si02 // Appl. Phys. Lett., 2000, v. 76, pp. 2325−2327.
  9. A. Polman, J. M. Poate, Ion irradiation damage in Er-doped silica probed by the Ег3"1″ luminescence lifetime at 1.535 pm // J. Appl. Phys., 1993, v. 73, pp. 1669−1674.
  10. F. Priolo, G. Franzo, S. Coffa, A. Polman, S. Libertino, R. Barklie, D. Carey, The erbium-impurity-interaction and its effects on the 1.54 pm luminescence of Er3* in crystalline silicon //J. Appl. Phys., 1995, v. 78, pp. 3874−3872.
  11. A. Polman, D. C. Jacobson, D. J. Eaglesham, R. C. Kistler, and J. M. Poate, Opticaldoping of waveguide materials by MeV Er implantation // J. Appl. Phys., 1991, v. 70, p. 3778.
  12. C. Shi, M. Tan, T. A. Tombrello, Radiation damage in vitreous fused silica induced by MeV ion implantation // J. Non-Cryst. Solids, 1988, v. 104, p. 85.
  13. E. Snoeks, P.G. Kik, A. Polman, Concentration quenching in erbium implanted alkali silicate glasses // Opt. Mat., 1996, v. 5, pp. 159−167.
  14. A. Polman, G. N. Hoven, J. S. Custer, J. H. Shin, R. Serna, P. F. A. Alkemade, Erbium in crystal silicon: Optical activation, excitation, and concentration limits // J. Appl. Phys., 1995, v. 77, pp. 1256−1262.
  15. J. Kalkman, E. de Bres, A. Polman, Y. Jun, D. J. Norris, D. C. 't Hart, J. P. Hoogenboom, A. van Blaaderen, Selective excitation of erbium in silicon-infiltrated silica colloidal photonic crystals // J. Appl. Phys., 2004, v. 95, pp. 2297−2302.
  16. О. B. Gusev, M. S. Bresler, P. E. Рак, I. N. Yassievich, M. Forcales, N. Q. Vinh, T. Gregorkiewicz, Excitation cross section of erbium in semiconductor matrices under optical pumping // Phys. Rev. B, 2001, v. 64, p. 75 302.
  17. F. Priolo, G. Franzo, D. Pacifici, V. Vinciguerra, F. Iacona, A. Irrera, Role of the energy transfer in the optical properties of undoped and Er-doped interacting Si nanocrystals // J. Appl. Phys., 2001, v. 89, pp. 264−272.
  18. E. Snoeks, G. N. van den Hoven, A. Polman, B. Hendriksen, M. B. J. Diemeer, F. Priolo, Cooperative upconversion in erbium-implanted soda-lime silicate glass optical waveguides // J. Opt. Soc. Am. B, 1995, v. 12, pp. 1468−1474.
  19. B.M. Агранович, М. Д. Галанин, Перенос энергии электронного возбуждения в конденсированных средах // М., Наука (1978).
  20. М. J. A. de Dood, J. Knoester, A. Tip, A. Polman, Forster transfer and the local optical density of states in erbium-doped silica // Phys. Rev. B, 2005, v. 71, p. 115 102.
  21. H.Ennen, J. Schneider, G. Pomrenke, A. Axmann, 1.54-pm luminescence of Erbium-implanted III- V semiconductors and silicon // Appl. Phys. Lett., 1983, v.43, p.943.
  22. J. D. Carey, R. C. Barklie, J. F. Donegan, F. Priolo, G. Franzo, S. Coffa, Electron paramagnetic resonance and photoluminescence study of Er-impurity complexes in Si // Phys. Rev. B, 1999, v. 59, p. 2773.
  23. W. Jantsch, S. Lanzerstorfer, L. Palmetshofer, M. Stepikhoval, H. Preier, Different Er centres in Si and their use for electroluminescent devices // Journal of Luminescence, 1999, v. 80, p. 9.
  24. F. Priolo, G. Franzo, S. Coffa, A. Camera, Excitation and nonradiative deexcitation processes of Er3* in crystalline Si // Phys. Rev. B, 1998, v. 57, pp. 4443−4455.
  25. S. Coffa, G. Franzo, F. Priolo, A. Polman, R. Serna, Temperature dependence and quenching processes of the intra-4f luminescence of Er in crystalline Si // Phys. Rev. B, 1994, v. 49, p. 16 313.
  26. E. Neufeld, A. Sticht, K. Brunner, H. Riedl, G. Abstreiter, H. Holzbrecher, H. Bay, Photo- and electroluminescence characterization of erbium doped SiGe // J. Vac. Sci. Technol. B, 1998, v. 16, pp. 2615−2618.
  27. T. Ishiyama, S. Yoneyama, Y. Yamashita, Y. Kamiura, T. Date, T. Hasegawa, K. Inoue, K. Okuno, Enhancement of photoluminescence at 1.54 mm from Er in strained Si and SiGe // Physica B, 2006, v. 376−377, pp. 122−125.
  28. K.D. Vernon-Parry, I.D. Hawkins, J.H. Evans-Freeman, P. Dawson, A.R. Peaker, A comparison of the photoluminescence decay of erbium in silicon and silicon-germanium // Mat. Sci. & Eng. B, 2001, v. 81, pp. 164−166.
  29. V. Touboltsev, P. Jalkanen, Erbium-implanted silicon-germanium // J. Appl. Phys., 2005, v. 97, p. 13 526.
  30. T. Stoica, L. Vescan, Optoelectronic properties of thick SiGe layers grown as small mesas by low pressure chemical vapor deposition // J. Appl. Phys., 2003, v. 93, pp. 44 614 467.
  31. Y. Shiraki, A. Sakai, Fabrication technology of SiGe hetero-structures and their properties // Surf. Sci. Reports, 2005, v. 59, pp. 153−207.
  32. Н. Przybylinska, W. Yantsch, Yu. Suprin-Belevitch, M. Stepikhova, L. Palmetshofer, G. Hendorfer, A. Kozanecki, R. J. Wilson, B. J. Sealy, Optically active erbium centers in silicon // Phys. Rev. B, 1996, v. 54, pp. 2532−2547.
  33. F. Namavar, R. A. Soref, Optical waveguiding in Si/SixGeix/Si heterostructures // J. Appl. Phys., 1991, v. 70, pp. 3370−3372.
  34. E. Neufeld, A. Sticht, A. Luigart, К. Brunner, G. Abstreiter, Room-temperature 1.54 jim electroluminescence from erbium-doped Si/SiGe waveguides // Appl. Phys. Lett., 1998, v. 73, pp. 3061−3063.
  35. G. N. van den Hoven, Jung H. Shin, A. Polman, S. Lombardo, S. U. Campisano, Erbium in oxygen-doped silicon: Optical excitation//J. Appl. Phys., 1995, v. 78, p. 2642−2650.
  36. W. Fuhs, I. Ulber, G. Weiser, M. S. Bresler, О. B. Gusev, A. N. Kuznetsov, V. Kh. Kudoyarova, E. I. Terukov, I. N. Yassievich, Excitation and temperature quenching of Er-induced luminescence in a-Si:H (Er) // Phys. Rev. B, 1997, v. 56, p. 9545−9551.
  37. O.Gusev, M.S.Bresler, A.N.Kuznetsov, V.Kh.Kudoyarova, P. Pak, E.I.Terukov, K. Tsendin, I.N.Yassievich, W. Fuhs, G. Weiser, Room-temperature electroluminescence of Er-doped hydrogenated amorphous silicon // J. Non-Crystall. Sol., 1998, v. 227−230, p. l 164.
  38. J. H. Shin, R. Serna, G. N. Hoven, A. Polman, W. G. Sark, A. M. Vredenberg, Luminescence quenching in erbium-doped hydrogenated amorphous silicon // Appl. Phys. Lett., 1996, v. 68, pp. 46−48.
  39. B.V. Kamenev, V.Yu. Timoshenko, E.A. Konstantinova, V.Kh. Kudoyarova, E.I. Terukov, P.K. Kashkarov, Time-resolved photoluminescence of erbium centers in amorphous hydrogenated silicon // J. Non-Crystall. Sol., 2002,299, pp. 668 -672.
  40. E. И. Теруков, В. X. Кудоярова, О. И. Коньков, Е. А. Константинова, Б. В. Каменев, В. Ю. Тимошенко, Влияние локального окружения на кинетику спада фотолюминесценции Ег в аморфном гидрогенизированном кремнии // ФТП, 2000, т. 34, с. 90.
  41. Н. Kuhne, G. Weiser, Е. I. Terukov, А. N. Kusnetsov, V. Kh. Kudoyarova, Resonant nonradiative energy transfer to erbium ions in amorphous hydrogenated silicon // J. Appl. Phys., 1999, v. 86, pp. 896−901.
  42. D. Kovalev, H. Heckler, G. Polisski, F. Koch, Optical Properties of Si Nanocrystals // Phys. Stat. Sol. (b), 1999, v. 215, p. 871.
  43. L. A. Nesbit, Annealing characteristics of Si-rich Si02 films // Appl. Phys. Lett., 1985, v.46, pp. 38−40.
  44. S. Takeoka, M. Fujii, S. Hayashi, Size-dependent photoluminescence from surface-oxidized Si nanocrystals in a weak confinement regime // Phys. Rev. B, 2000, v. 62, p. 16 820.
  45. R.K. Soni, L.F. Fonseca, O. Resto, M. Buzaianu, S.Z. Weisz, Size-dependent optical properties of silicon nanocrystals // J. Lumin., 1999, v. 83−84, pp. 187−191.
  46. J. Linnros, N. Lalic, A. Galeckas, V. Grivickas, Analysis of the stretched exponential photoluminescence decay from nanometer-sized silicon crystals in SiC>2 // J. Appl. Phys., 1999, v. 86, p. 6128.
  47. J. Torre, A. Soui, A. Poncet, C. Busseret, M. Lemiti, G. Bremond, G. Guillot, O. Gonzalez, B. Garrido, J.R. Morante, C. Bonafos, Optical properties of silicon nanocrystal LEDs // Physica E, 2003, v. 16, pp. 326−330.
  48. H. Takagi, H. Ogawa, Y. Yamazaki, A. Ishizaki, T. Nakagiri, Quantum size effects on photoluminescence in ultrafine Si particles // Appl. Phys. Lett., 1990, v. 56, pp. 2379−2380.
  49. D. J. Lockwood, Z. H. Lu, J.-M. Baribeau, Quantum confined luminescence in Si/Si02 superlattices // Phys. Rev. Lett., 1996, v. 76, pp. 539−541.
  50. V. Vinciguerra, G. Franzo, F. Priolo, F. Iacona, C. Spinella, Quantum confinement and recombination dynamics in silicon nanocrystals embedded in Si/Si02 superlattices // J. Appl. Phys., 2000, v. 87, pp. 8165−8173.
  51. M. Zacharias, J. Heitmann, R. Scholz, U. Kahler, M. Schmidt, J. Biasing, Size-controlled highly luminescent silicon nanocrystals: A Si0/Si02 superlattice approach // Appl. Phys. Lett., 2002, v. 80, p. 661.
  52. M. Zacharias, L.X. Yi, J. Heitmann, R. Scholz, M. Reiche, U. Gosele, Size-Controlled Si Nanocrystals for Photonic and Electronic Applications // Sol. State Phenom., 2003, v. 94, p. 95.
  53. J. Heitmann, M. Schmidt, M. Zacharias, V.Yu. Timoshenko, M.G. Lisachenko, P. K. Kashkarov, Fabrication and photoluminescence properties of erbium doped size-controlled silicon nanocrystals // Mat. Sci.& Engin. B, 2003, v. 105, p. 214.
  54. H. Б. Брандт, В. А. Кульбачинский, Квазичастицы в физике конденсированного состояния // М. Физматлит, (2005).
  55. К. Watanabe, М. Fujii, S. Hayashi, Resonant excitation of Er3 + by the energy transferfrom Si nanocrystals // J. Appl. Phys., 2001, v. 90, p. 4761.
  56. A. Zunger, L.-W. Wang, Theory of silicon nanostructures // Appl. Surf. Sci., 1996, v. 102, p. 350.
  57. P. Maly, F. Trojanek, J. Kudma, A. Hospodkova, S. Banas, V. Kohlova, J. Valenta, I. Pelant, Picosecond and millisecond dynamics of photoexcited carriers in porous silicon // Phys. Rev. B, 1996, v. 54, p. 7929.
  58. V. Vinciguerra, G. Franzo, F. Priolo, F. Iacona, C. Spinella, Quantum confinement and recombination dynamics in silicon nanocrystals embedded in Si/Si02 superlattices // J. Appl. Phys., 2000, v. 87, pp. 8165−8173.
  59. X. Chen, B. Henderson, K. O’Donnell, Luminescence decay in disordered low-dimensional semiconductors // Appl. Phys. Lett., 1992, v. 60, p. 2672.
  60. M. Pophristic, F. H. Long, C. Tran, I. T. Ferguson, R. F. Karlicek, Time-resolved photoluminescence measurements of quantum dots in InGaN multiple quantum wells and light-emitting diodes // J. Appl. Phys., 1999, v. 86, p. 1114.
  61. Y. Kanemitsu, Photoluminescence spectrum and dynamics in oxidized silicon nanocrystals: A nanoscopic disorder system // Phys. Rev. B, 1996, v. 53, p. 13 515.
  62. L. Pavesi, M. Ceschini, Stretched-exponential decay of the luminescence in porous silicon // Phys. Rev. B, 1993, v. 48, p. 17 625.
  63. R. Chen, Apparent stretched-exponential luminescence decay in crystalline solids // Journal of Luminescence, 2003, v. 102−103, p. 510.
  64. T. Kimura, A. Yokoi, H. Horiguchi, R. Saito, T. Ikoma, A. Sato, Electrochemical Er doping of porous silicon and its room-temperature luminescence at ~1.54 pm // Appl. Phys. Lett., 1994, v. 65, pp. 983−985.
  65. M. Stepikhova, L. Palmetshofer, W. Jantsch, H. J. von Bardeleben, N. V. Gaponenko, 1.5 pm infrared photoluminescence phenomena in Er-doped porous silicon // Appl. Phys. Lett., 1999, v. 74, pp. 537−539.
  66. L. Tsybeskov, S. P. Duttagupta, K. D. Hirschman, P. M. Fauchet, K. L. Moore, D. G. Hall, Room-temperature photoluminescence and electroluminescence from Er-doped silicon-rich silicon oxide // Appl. Phys. Lett., 1997, v. 70, pp. 1790−1792.
  67. M. Fujii, M. Yoshida, Y. Kanzava, S. Hayashi, K. Yamamoto, 1.54 ц m photoluminescence of Er3* doped into SiC>2 films containing Si nanocrystals: Evidence forenergy transfer from Si nanocrystals to Er34″ // Appl. Phys. Lett., 1997, v. 71, p. 1198.
  68. M. Wojdak, M. Klik, M. Forcales, О. B. Gusev, T. Gregorkiewicz, D. Pacifici, G. Franzo, F. Priolo, F. Iacona, Sensitization of Er luminescence by Si nanoclusters // Phys. Rev. B, 2004, v. 69, p. 233 315.
  69. P.G. Kik, A. Polman, Exciton-erbium energy transfer in Si nanocrystal-doped SiC>2 // Mat. Sci.& Engin. B, 2001, v. 81, pp. 3−8.
  70. P.G. Kik, A. Polman, Exciton-erbium interactions in Si nanocrystal-doped SiC>2 // J. Appl. Phys., 2000, v. 88, pp. 1992−1998.
  71. M. Schmidt, M. Zacharias, S. Richter, P. Fischer, P. Veit, J. Biasing, B. Breeger, Er doping of nanocrystalline-Si/Si02 superlattices // Thin Sol. Film., 2001, v. 397, p. 211.
  72. M. Schmidt, J. Heitmann, R. Scholz, M. Zacharias, Bright luminescence from erbium doped nc-Si/Si02 superlattices // J. Non-Cryst. Sol., 2002, v. 299−302, pp. 678−682.
  73. M. Fujii, M. Yoshida, S. Hayashi, K. Yamamoto, Photoluminescence from SiC>2 films containing Si nanocrystal and Er: effects of nanocrystalline size on the photoluminescence efficiency of Er3"1″ // J. Appl. Phys., 1998, v. 84, p. 4525.
  74. П. К. Кашкаров, Б. В. Каменев, М. Г. Лисаченко, О. А. Шалыгина, В. Ю. Тимошенко, М. Schmidt, J. Heitmann, М. Zacharias, «Эффективная люминесценция ионов эрбия в системах кремниевых нанокристаллов // ФТТ, 2004, т. 146(1), с. 105.
  75. K. Imakita, M. Fujii, Y. Yamaguchi, S. Hayashi, Interaction between Er ions and shallow impurities in Si nanocrystals within Si02 // Phys. Rev. B, 2005, v. 71, p. 115 440.
  76. I. N. Yassievich, A. S. Moskalenko, Excitation mechanism of erbium photoluminescence in bulk silicon and silicon nanostructures // Mat. Sci. & Engin. B, 2003, v. 105, p. 192−196.
  77. M. Fujii, K. Imakita, K. Watanabe, Sh. Hayashi, Coexistence of two different energy transfer processes in Si02 films containing Si nanocrystals and Er // J. Appl. Phys., 2004, v. 95, pp. 272−280.
  78. I.N. Yassievich, A.S. Moskalenko, A.A. Prokofiev, Microscopic theory for excitation of erbium ions via silicon nanocrystals in silicon dioxide // Opt. Mat., 2006, v. 28, p. 810−814.
  79. G. Franzo, V. Vinciguerra, F. Priolo, The excitation mechanism of rare-earth ions in silicon nanocrystals // Appl. Phys. A, 1999, v. 69, p. 3−12.
  80. D.J. Eaglesham, J. Michel, E.A. Fitzgerald, D.C. Jacobson, J.M. Poate, J.L. Benton. A. Polman, Y. H. Xie, L. C. Kimerling, Microstructure of erbium-implanted Si // Appl. Phys. Lett., 1991, v. 58, p. 2797.
  81. A. J. Kenyon, С. E. Chryssou, C. W. Pitt, T. Shimizu-Iwayama, D. E. Hole, N. Sharma, C. J. Humphreys, Luminescence from erbium-doped silicon nanocrystals in silica: Excitation mechanisms // J. Appl. Phys., 2002, v. 91, p. 367.
  82. D. Pacifici, G. Franzo, F. Iacona, S. Boninelli, A. Irrera, M. Miritello, F. Priolo, Er doped Si nanostructures // Mat. Sci. & Engin. B, 2003, v. 105, p. 197.
  83. M. E. Castagna, S. Coffa, M. Monaco, L. Caristia, A. Messina, R. Mangano, C. Bongiorno, Si-based materials and devices for light emission in silicon // Physica E, 2003, v. 16, pp. 547−553.
  84. D. Т. X. Thao, C. A. J. Ammerlaan, T. Gregorkiewicz, Photoluminescence of erbium-doped silicon: Excitation power and temperature dependence // J. Appl. Phys., 2000, v. 88, p. 1443.
  85. А. Ю. Андреев, Б. А. Андреев, M. H. Дроздов, В. П. Кузнецов, 3. Ф. Красильник, Ю. А. Карпов, Р. А. Рубцова, М. В. Степихова, Е. А. Ускова, В. Б. Шмагин, Н. Ellmer,
  86. Palmetshofer, К. Piplits, H. Hutter, Оптически активные слои кремния, легированного эрбием в процессе сублимационной молекулярно-лучевой эпитаксии // ФТП, 1999, т. 33, с. 156.
  87. Y. S. Tang, К. С. Heasman, W. P. Gillin, and В. J. Sealy, Characteristics of rare-earth element erbium implanted in silicon // Appl. Phys. Lett., 1989, v. 55, p. 432.
  88. M. Needels, M. Schluter, and M. Lannoo, Erbium point defects in silicon // Phys. Rev. B, 1993, v. 47, p. 15 533.
  89. U. Wahl, A. Vantomme, J. Wachter, R. Moons, G. Langouche, J. Marques, J. Correia, Direct evidence for tetrahedral interstitial Er in Si // Phys. Rev. Lett., 1997, v. 79, p. 2069.
  90. D. Prezzi, T. A. G. Eberlein, R. Jones, J. S. Filhol, J. Coutinho, M. J. Shaw, P. R. Briddon, Electrical activity of Er and Er-0 centers in silicon // Phys. Rev. B, 2005, v. 71, p. 245 203.
  91. F. d’Acapito, S. Mobilio, S. Scalese, A. Terasi, G. Franzo, F. Priolo, Structure of Er-0 complexes in crystalline Si // Phys. Rev. B, 2004, v. 69, p. 153 310.
  92. M. Huang, X. Ren, Evidence of oxygen-stabilized hexagonal interstitial erbium in silicon // Phys. Rev. B, 2003, v. 68, p. 33 203.
  93. D. L. Adler, D. C. Jacobson, D. J. Eaglesham, M. A. Marcus, J. L. Benton, J. M. Poate, P. H. Citrin, Local structure of 1.54-pm-luminescence Er3* implanted in Si // Appl. Phys. Lett., 1992, v. 61, p. 2181.
  94. I. Mayer, I. Felner, Structure types of ternary rare earth—Transition metal silicides of the LnM^Si2-x type // J. Solid State Chem., 1973, v. 7, p. 292.
  95. M. Marcus, A. Polman, Local structure around Er in silica and sodium silicate glass // J. Non-Cryst. Solids, 1991, v. 136, p. 260.
  96. V. F. Masterov, F. S. Nasredinov, P. P. Seregin, V. Kh. Kudoyarova, A. N. Kuznetsov, E. I. Terukov, Local environment of erbium atoms in amorphous hydrogenated silicon // Appl. Phys. Lett., 1998, v. 72, p. 728.
  97. L. Pavesi, L. Dal Negro, C. Mazzoleni, G. Franzo, F. Priolo, Optical gain in silicon nanocrystals // Nature, 2000, v. 408, pp. 440- 444.
  98. J. Valenta, I. Pelant, J. Linnros, Waveguiding effects in the measurement of optical gain in a layer of Si nanocrystals // Appl. Phys. Lett., 1997, v. 81, pp. 1396−1398.
  99. M. Cazzanelli, D. Navarro-Urrios, F. Riboli, N. Daldosso, L. Pavesi, J. Heitmann, L. X.
  100. Yi, R. Scholz, M. Zacharias, U. G6sele, Optical gain in monodispersed silicon nanocrystals // J. Appl. Phys., 2004, v. 96, pp. 3164- 3171.
  101. H. Rong, A. Liu, R. Jones, O. Cohen, D. Hak, R. Nicolaescu, A. Fang, M. Paniccia, An all-silicon Raman laser // Nature, 2005, v. 433, pp. 292−294.
  102. S. Coffa, S. Libertino, G. Coppola, A. Cutolo, Feasibility analysis of laser action in erbium-doped silicon waveguides // IEEE J. Quant. Electr., 2000, v. 36, pp. 1206−1213.
  103. D. Pacifici, G. Franzo, F. Priolo, F. Iacona, L. Dal Negro, Modeling and perspectives of the Si nanocrystals-Er interaction for optical amplification // Phys. Rev. B, 2003, v. 67, p. 245 301.
  104. H.-S. Han, S.-Y. Seo, J. H. Shin, N. Park, Coefficient determination related to optical gain in erbium-doped silicon-rich silicon oxide waveguide amplifier // Appl. Phys. Lett., 2002, v. 81, pp. 3720−3722.
  105. H.-S. Han, S.-Y. Seo, J. H. Shin, Optical gain at 1.54 pm in erbium-doped silicon nanocluster sensitized waveguide // J. Appl. Phys. Lett., 2001, v. 79, pp. 4568−4570.
  106. P.G. Kik, A. Polman, Gain limiting processes in Er-doped Si nanocrystal waveguides in Si02 // J. Appl. Phys., 2002, v. 91, p. 534.
  107. М. Zacharias, J. Biasing, P. Veit, L. Tsybeskov, K. Hirschman, P. M. Fauchet, Thermal crystallization of amorphous Si/Si02 superlattices // Appl. Phys. Lett., 1999, v. 74, p. 2614.
  108. M. Zacharias, P. Streitenberger, Crystallization of amorphous superlattices in the limit of ultrathin films with oxide interfaces // Phys. Rev. B, 2000, v. 62, p. 8391.
  109. L. Dal Negro, M. Cazzanelli, B. Danese, and L. Pavesi, F. Iacona, G. Franzo, F. Priolo, Light amplification in silicon nanocrystals by pump and probe transmission measurements // J. Appl. Phys., 2004, v. 96, p. 5747.
  110. S. Coffa, G. Franzo, F. Priolo, A. Polman, R. Serna, Temperature dependence and quenching processes of the intra-4f luminescence of Er in crystalline Si // Phys. Rev. B, 1994, v. 49, p. 16 313.
  111. E. Neufeld, A. Sticht, K. Brunner, G. Abstreiter, H. Holzbrecher, H. Bay, Ch. Buchal, Influence of germanium content on the photoluminescence of erbiumand oxygen-doped SiGe grown by molecular beam epitaxy // Appl. Phys. Lett., 1997, v. 71, p. 3129.
  112. R.Serna, Jung H. Shin, M. Lohmeier, E. Vlieg, A. Polman, P.F.A.Alkemade, Incorporation and optical activation of erbium in silicon using molecular beam epitaxy // J. Appl. Phys., 1996, v. 79, p. 2658.
  113. J. Palm, F. Gan, B. Zheng, J. Michel, L. C. Kimerling, Electroluminescence of erbium-doped silicon// Phys. Rev. B, 1996, v. 54, p. 17 603.
  114. J. Valenta, R. Juhasz, J. Linnros, Photoluminescence spectroscopy of single silicon quantum dots // Appl. Phys. Lett., 2002, v. 80, p. 1070.
  115. Landolt-Bornstein, Numerical Data in Science and Technology // Group 3, 1982, v. 17, Subvolume A, p. 43.
  116. A. G. Cullis, L. T. Canham, P. D. J. Calcott, The structural and luminescence properties of porous silicon // J. Appl. Phys., 1997, v. 82, p. 909.
  117. G. Fishman, R. Romestain, J.C. Vial, Experimental and theoretical aspects of radiative processes in porous silicon //J. Lumin., 1993, v. 57, pp. 235−238.
  118. В. Смайт, Электростатика и электродинамика // М. Ин. Лит (1954).
  119. М. Борн, Э. Вольф, Основы Оптики // М. Наука (1970).
  120. П. В. Елютин, В. Д. Кривченков, Квантовая механика // М. Наука (1976).
  121. С. Delerue, М. Lannoo, and G. Allan, Concept of dielectric constant for nanosized systems // Phys. Rev. В., 2003, v. 68, p. 115 411.
  122. G. Qin, G. G. Qin, S. H. Wang, Theory for photoluminescence from Si02 films containing Si nanocrystals and Er ions // J. Appl. Phys., 1999, v. 85, pp. 6738−6745.
  123. D. Kovalev, E. Gross, N. Kunzner, F. Koch, V.Yu. Timoshenko, M. Fujii, Resonant electronic energy transfer from excitons confined in silicon nanocrystals to oxygen molecules // Phys. Rev. Lett., 2002, v. 89, pp. 137 401.
  124. В.Ю.Тимошенко, О. А. Шалыгина, M. Г. Лисаченко, Д. М. Жигунов, С. А. Тетеруков, П. К. Кашкаров, D. Kovalev, М. Zacharias, К. Imakita, М. Fujii,
  125. Люминесценция ионов эрбия в слоях кремниевых нанокристаллов в матрице диоксида кремния при сильном оптическом возбуждении // ФТТ, 2005, т. 47, вып. 1, стр. 116 119.
  126. В.И. Гавриленко, A.M. Грехов, Д. В. Корбутяк, В. Г. Литовченко, Оптические свойства полупроводников // Киев. Наукова Думка (1987).
Заполнить форму текущей работой

На отлично!