автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Фотолюминесценция, спектры возбуждения и кинетика излучательной релаксации в эпитаксиальных кремниевых структурах, легированных эрбием

На правах рукописи

005000959

Яблонский Артем Николаевич

ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ, СПЕКТРЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ

И КИНЕТИКА ИЗЛУЧАТЕЛЬНОЙ РЕЛАКСАЦИИ В ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ КРЕМНИЕВЫХ СТРУКТУРАХ, ЛЕГИРОВАННЫХ ЭРБИЕМ

05.27.01 - Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах

1 7 НОЯ 2011

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Нижний Новгород, 2011

005000959

Работа выполнена в Институте физики микроструктур Российской академ наук (ИФМ РАН), г. Нижний Новгород.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

Андреев Борис Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Теруков Евгений Иванович

кандидат физико-математических наук, Дроздов Михаил Николаевич

Ведущая организация: МГУ, физический факультет, г. Москва

Защита состоится 8 декабря 2011 г. в 14 часов на заседании диссертационно совета Д 002.098.01 при Институте физики микроструктур РАН (60768 Нижегородская обл., Кстовский район, д. Афонино, ул. Академическая, д.7)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института физи микроструктур РАН.

Автореферат разослан 7 ноября 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д. ф.-м.н., профессор

К.П. Гайкович

Общая характеристика работы

Актуальность темы

Создание эффективного источника излучения на основе кремния представляет собой важную задачу современной оптоэлектроники. Как известно, кремний является основным материалом микроэлектроники, подавляющее большинство микроэлектронных чипов и солнечных батарей изготавливаются из кремния и по всей вероятности такая ситуация сохранится в ближайшие годы. В области оптоэлектроники положение кремния совершенно другое. Кремний является непрямозонным материалом, с чем связана низкая эффективность излучательной рекомбинации электронов и дырок. Долгое время считалось, что кремний малопригоден для нужд оптоэлектроники. Однако задача интеграции на одном чипе микроэлектронных и оптических компонент настоятельно требует создания эффективно излучающих структур на основе кремния. Работы в этом направлении интенсивно ведутся последние два десятилетия [1,2]. Значительный интерес в области телекоммуникаций привлекает задача создания на базе кремния источника излучения с длиной волны около 1,5 мкм, так как эта длина волны соответствует максимуму прозрачности кварцевых волоконно-оптических линий связи.

Данная работа посвящена исследованию светоизлучающих центров в кремниевых структурах, легированных ионами эрбия (Б^Ег/^). В настоящее время кремний, легированный эрбием, рассматривается как один из потенциальных источников излучения с длиной волны 1,5 мкм. Отсутствие детальных представлений о механизмах возбуждения и безызлучательного девозбуждения ионов- эрбия в кремнии в условиях оптической и электрической накачки, а также о причинах значительного температурного гашения эрбиевой ФЛ в кремнии сдерживает процесс создания на основе этих структур эффективных источников излучения, работающих при комнатной температуре. Кроме того, задача достижения в структурах 81:Нг/81 инверсной населенности и реализации стимулированного излучения обуславливает необходимость изучения процессов, происходящих в указанных структурах в условиях интенсивного оптического возбуждения.

В настоящей работе исследовались светоизлучающие структуры БкЕг/Бь полученные методом сублимационной молекулярно-лучевой эпитаксии (СМЛЭ). Указанные структуры характеризуются низким содержанием дефектов и демонстрируют при низких температурах измерения интенсивный сигнал ФЛ, связанный с излучательной релаксацией ионов эрбия. Детальное понимание процессов переноса энергии в таких структурах и взаимодействия ионов эрбия с электронной подсистемой кремния отсутствует. Данная работа развивает представления о процессах возбуждения и девозбуждения эрбия в структурах БкЕг^, в том числе в условиях интенсивного импульсного оптического возбуждения, необходимого для реализации инверсной населенности, оптического усиления и лазерной генерации.

Основные цели работы

1. Исследование эффективности возбуждения и температурного гашения ФЛ ионов эрбия в эпитаксиальных кремниевых структурах, изучение влияния послеростового отжига структур на температурную стабильность ФЛ.

2. Изучение временных характеристик процесса возбуждения излучающих эрбиевых центров в кремниевых структурах.

3. Исследование процессов взаимодействия ионов эрбия с электронной подсистемой кремния при высоких уровнях оптического возбуждения, в том числе в условиях возникновения в структурах электронно-дырочной плазмы.

4. Исследование зависимости люминесцентных свойств эпитаксиальных структур Si:Er/Si от энергии кванта возбуждающего излучения в широком спектральном диапазоне и определение особенностей возбуждения ионов эрбия в кремнии в условиях межзонного, подзонного и прямого оптического возбуждения.

Научная новизна

1. Определена зависимость внешней квантовой эффективности ФЛ ионов эрбия в СМЛЭ структурах Si:Er/Si при температуре 4,2 К от мощности межзонного оптического возбуждения. Показано, что максимальное значение внешней квантовой эффективности ФЛ составляет 1,6% при мощности накачки менеее 1 мВт.

2. В СМЛЭ структурах Si:Er/Si показано наличие нескольких типов оптически активных центров иона Ег3+ с существенно различным характером температурной зависимости эрбиевой ФЛ. Определены условия термической обработки структур Si:Er/Si, приводящие к снижению температурного гашения эрбиевой ФЛ.

3. В условиях интенсивной импульсной оптической накачки структур Si:Er/Si продемонстрировано наблюдение сигнала эрбиевой ФЛ в широком спектральном диапазоне возбуждающего излучения (0,5-1,5 мкм), включая области межзонного, подзонного и прямого оптического возбуждения.

4. Впервые исследованы излучательные свойства эпитаксиальных волноводных структур Si:Er/SOI, выращенных на подложках "кремний-на-изоляторе" (SOI), демонстрирующих интенсивную ФЛ ионов эрбия на длине волны 1,54 мкм.

5. Впервые изучены особенности ФЛ, возникающей при прямом оптическом возбуждении ионов эрбия в кремнии (на длинах волн 1,48 и 1,54 мкм), и проведено сравнительное исследование температурного гашения эрбиевой ФЛ в условиях прямого и межзонного оптического возбуждения.

Научная и практическая значимость работы

Полученные в работе результаты являются важными как для понимания фундаментальных свойств излучающих кремниевых структур, легированных эрбием, так и для разработки оптоэлектронных приборов на основе кремниевых структур.

Научная значимость полученных в работе результатов состоит в установлении особенностей взаимодействия ионов эрбия с носителями заряда в матрице кремния в условиях интенсивного оптического возбуждения эпитаксиальных структур Si:Er/Si

и определении механизмов возбуждения и температурного гашения ФЛ ионов эрбия в кремнии в различных условиях оптической накачки.

Практическая значимость полученных результатов состоит в определении условий роста и послеростовой обработки эпитаксиапьных структур Б^Ег/^, приводящих к снижению температурного гашения эрбиевой ФЛ; определении методики корректного измерения спектров возбуждения эрбиевой ФЛ и величины эффективного сечения возбуждения ФЛ ионов эрбия в кремнии; получении излучающих волноводных эпитаксиальных структур БкЕг/801 с шириной линии ФЛ менее 10 мкэВ, перспективных с точки зрения реализации активных кремниевых волноводов ближнего ИК диапазона и создания лазерных структур на основе кремния, легированного эрбием.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Внешняя квантовая эффективность ФЛ ионов эрбия на длине волны 1,54 мкм в структурах Б^Ег/Б'!, полученных методом сублимационной МЛЭ, достигает значения 1,6% при низких температурах измерения (Т = 4,2 К) и малой мощности оптического возбуждения (Р < 1 мВт), соответствующей линейному участку зависимости интенсивности ФЛ от мощности накачки.

2. Температурная зависимость спектров эрбиевой ФЛ в СМЛЭ структурах Б^Ег/Б! определяется конкуренцией нескольких типов оптически активных эрбиевых центров, возбуждение которых осуществляется экситонами, связанными на примесных уровнях с различной энергией ионизации в запрещенной зоне кремния. Отжиг структур БкЕг/Б! оказывает существенное влияние на состав излучательных центров иона эрбия и температурную стабильность эрбиевой ФЛ.

3. Неоднородность оптического возбуждения структур Б^Ег/^ существенно влияет на вид зависимостей интенсивности эрбиевой ФЛ от мощности и длины волны возбуждающего излучения. Эффективное сечение возбуждения ФЛ ионов Ег в кремнии, получаемое при однородном возбуждении, составляет 5-10"14 см2 при Т = 4,2 К и на порядок превосходит ранее опубликованные значения. Достоверные данные о спектрах возбуждения ФЛ и величине эффективного сечения возбуждения ФЛ эрбия могут быть получены только в экспериментах с однородной оптической накачкой.

4. Возбуждение эрбиевой ФЛ в структурах 81:Ег/81 при высоких уровнях оптического возбуждения осуществляется как при межзонной, так и при подзонной оптической накачке исследуемых структур. Как в первом, так и во втором случае реализуется экситонный механизм возбуждения ионов эрбия. Характерное время передачи возбуждения от электронной подсистемы кремния ионам эрбия в структурах 8кЕг/81 составляет менее 5 не. В условиях прямого оптического возбуждения ионов эрбия в структурах 8кЕг/81 основные процессы безызлучательного девозбуждения существенно подавлены, и сигнал ФЛ эрбия наблюдается вплоть до комнатной температуры.

Личный вклад автора в получение результатов

- основной в исследование эффективности возбуждения и температурного гашения ФЛ ионов эрбия в эпитаксиальных кремниевых структурах, изучение влияния послеростового отжига структур на температурную стабильность ФЛ (совместно с Б.А. Андреевым, М.В. Степиховой, В.П. Кузнецовым [А2, АЗ, А7, А8, А13-А15, А17, А22]);

- определяющий в экспериментальное исследование спектров возбуждения и кинетики ФЛ ионов эрбия в структурах БкЕг/Б! и ЭкЕг/БО! в условиях импульсной оптической накачки, основной в анализ и интерпретацию полученных экспериментальных данных, определение механизма возбуждения ионов эрбия в кремнии в условиях подзонного оптического возбуждения (совместно с Б.А. Андреевым, Д.И. Крыжковым, Л.В. Красильниковой [А4-А6, А10, А19-А21, А23, А25, А27, А36, А40-А44, А48-А53]);

- равноценный в получение и исследование люминесцентных свойств волноводных структур 81:Ег/801 (совместно с Б.А. Андреевым, М.В. Степиховой, В.П. Кузнецовым, Д.В. Шенгуровым [А31, А32, А34, А37, А39, А45, А47, А54]);

- определяющий в исследование эрбиевой ФЛ в кремнии в условиях прямого оптического возбуждения ионов эрбия, сравнительное исследование температурного гашения ФЛ эрбия в структурах 8кЕг/81 в условиях прямого и межзонного оптического возбуждения (совместно с Б.А. Андреевым и Д.И. Крыжковым [А 10, АЗ 8, А40]).

Апробация результатов работы

Основные результаты диссертации опубликованы в работах [А1-А34] и докладывались на V, VI, УШ-Х Российских конференциях по физике полупроводников (Нижний Новгород 2001, Санкт-Петербург 2003, Екатеринбург 2007, Новосибирск-Томск 2009, Нижний Новгород 2011), 26-ой Международной конференции по физике полупроводников (Эдинбург, Великобритания 2002), 22ой и 25ой Международных конференциях по дефектам в полупроводниках (Аархус, Дания 2003, Санкт-Петербург, Россия, 2009), международных конференциях Европейского материаловедческого сообщества Е-МИБ (Страсбург 2003, 2004, 2005), всероссийских совещаниях "Нанофотоника" (Нижний Новгород 2002-2004), Х-ХУ Международных симпозиумах "Нанофизика и наноэлектроника" (Нижний Новгород 2006-2011), а также на внутренних семинарах Института физики микроструктур РАН и Научно-образовательного центра зондовой микроскопии ННГУ.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 54 печатных работы, в том числе 12 статей в реферируемых научных журналах и 42 публикации в сборниках тезисов докладов и трудов конференций, симпозиумов и совещаний.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Объем диссертации составляет 160 страниц, включая 81 рисунок и 2 таблицы. Список литературы содержит 90 наименований.

Содержание работы

Во Введении обоснована актуальность темы исследований, показана ее научная новизна и практическая значимость, сформулированы цели работы, представлены сведения о структуре и содержании работы, а также приведены положения, выносимые на защиту.

В Главе 1 приведено описание различных подходов к получению кремниевых структур, излучающих в ближнем ИК диапазоне, в частности кремниевых структур, легированных ионами эрбия. Рассмотрена структура излучательных переходов во внутренней оболочке иона эрбия. Приведено описание механизмов возбуждения ионов эрбия, а также диссипативных процессов и процессов безызлучательного девозбуждения, приводящих к снижению эффективности возбуждения эрбиевой ФЛ в кремнии. Описаны основные методы получения кремниевых структур, легированных эрбием.

В Главе 2 описана методика и условия эпитаксиального роста кремниевых структур, легированных эрбием, исследованных в данной работе, а также основные экспериментальные методики исследования люминесцентных свойств структур Si:Er/Si. В разделе 1.1 приведено описание установки и условий эпитаксиального роста структур Si:Er/Si методом сублимационной молекулярно-лучевой эпитаксии (СМЛЭ), описаны основные параметры и характеристики полученных СМЛЭ структур Si:Er/Si, а также описан способ получения методом СМЛЭ волноводных структур Si:Er/SOI, выращенных на подложках "кремний-на-изоляторе". В разделе 1.2 описана экспериментальная установка для исследования спектров ФЛ и температурной зависимости ФЛ в структурах Si:Er/Si в ближнем ИК диапазоне на основе Фурье-спектрометра высокого разрешения ВОМЕМ DA3. Раздел 1.3 посвящен описанию методики измерения внешней квантовой эффективности эрбиевой ФЛ в структурах Si:Er/Si. Наконец, в разделе 1.4 описана экспериментальная установка для исследования кинетики и спектров возбуждения ФЛ ближнего ИК диапазона на основе перестраиваемого импульсного источника излучения - параметрического генератора света (optical parametric oscillator, ОРО).

Глава 3 посвящена экспериментальному исследованию спектров ФЛ структур Si:Er/Si, полученных методом сублимационной МЛЭ, эффективности и температурного гашения эрбиевой ФЛ, а также получению и исследованию люминесцентных свойств эпитаксиальных волноводных структур Si:Er/SOI.

В разделе 3.1 приведены спектры низкотемпературной ФЛ ионов эрбия в СМЛЭ структурах Si:Er/Si, полученных при различных температурах эпитаксиального роста, а также описана модификация спектра эрбиевой ФЛ в результате отжига исследуемых структур. Наиболее интенсивный сигнал эрбиевой ФЛ демонстрируют СМЛЭ структуры, полученные при температурах роста Тр = 500-600°С. Основной

вклад в низкотемпературную ФЛ таких структур дают оптически активные эрбиевые центры Ег-01 с аксиальным типом симметрии (при Тр ~ 500°С) или ионы эрбия, расположенные в БЮг-подобных преципитатах (при Тр ~ 600°С). Отжиг структур Бг.Ег/Б! при температурах Т = 800-900°С приводит к изменению типа доминирующих эрбиевых комплексов. В результате однократного отжига при Т = 800°С в структурах БкЕг/Б! возникает эрбиевый центр Ег-1, характеризующийся рекордно узкой линией ФЛ ионов эрбия в кремнии (< 10 мкэВ). Повторный отжиг структур при температуре 900°С приводит к падению интенсивности линий центра Ег-1 и возникновению широкой полосы ФЛ в высокочастотной области спектра (6500-6550 см").

В разделе 3.2 приведены результаты измерения внешней квантовой эффективности ФЛ ионов эрбия (на длине волны 1,54 мкм) в СМЛЭ структурах 81:Ег/81 в зависимости от мощности оптического возбуждения. Показано, что максимальное значение внешней квантовой эффективности в эпитаксиальных структурах БкЕг/Б! составляет 1,6% и наблюдается при температуре жидкого гелия (Т = 4,2 К) и низких уровнях оптического возбуждения (Р < 1 мВт), соответствующих линейному участку зависимости интенсивности ФЛ от мощности оптической накачки. Полученная величина почти на порядок превосходит значения внешней квантовой эффективности эрбиевой ФЛ (0,2%) известные для структур ЗкЕг/Зц полученных методом имплантации ионов эрбия в кремниевую подложку [3]. Данный результат свидетельствует о высоком качестве структур 81:Ег/81, получаемых методом СМЛЭ, а также подтверждает высокую эффективность экситонного механизма возбуждения ионов эрбия в кремниевой матрице при низкой температуре и малой мощности оптического возбуждения.

В разделе 3.3 приводятся результаты исследования температурной зависимости эрбиевой ФЛ в структурах БгЕг/Б!, полученных методом СМЛЭ. В структурах 8кЕг/81, полученных при температуре роста 500°С, при увеличении температуры в интервале 4,2-40 К наряду с монотонным падением интенсивности доминирующей линии, отвечающей центру Ег-01, наблюдается аномальный рост интенсивности ФЛ эрбиевых комплексов, излучающих в спектральном диапазоне 6520-6550 см' (рис.1). На основании анализа температурных зависимостей показано, что возбуждение оптически активных центров Ег-01, дающих основной вклад в низкотемпературный сигнал ФЛ, осуществляется экситонами, связанными на мелких примесных центрах с энергией ионизации ~ 40-50 мэВ. Возрастание интенсивности ФЛ в спектральной области 6520-6550 см"1 при повышении температуры связывается с отрывом экситонов от мелких примесных центров и их захватом на более глубокие центры с энергией ионизации ~ 250-300 мэВ.

Исследовано влияние отжига СМЛЭ структур БгЕг/Б! на температурное гашение эрбиевой ФЛ. Эрбиевые центры, излучающие в спектральном диапазоне 6520-6550 см", доминируют в спектрах ФЛ структур, подвергнутых двукратному послеростовому отжигу при температурах 800 и 900°С, и характеризуются существенно более слабым температурным гашением сигнала ФЛ по сравнению с центром Ег-01, доминирующим в неотожженных структурах при низких температурах измерения.

0.0

0.(

6440 6460 6480 6500 6520 6540 6560

20 40 60 80 100 120

Температура, К

Волновое число, см"

а)

б)

Рис.1, а) Спектры ФЛ СМЛЭ структуры Si:Er/Si (Тр = 500°С) при Т = 6 К, 40 К, 60 К и 100 К. б) Температурные зависимости интенсивности ФЛ излучательного центра Ег-01 (6507 см"1) (1) и низкосиммегричных эрбиевых центров, излучающих в диапазоне 6520-6550 см"' (2) в СМЛЭ структуре Si:Er/Si (Тр = 500°С).

В разделе 3.4 приводятся результаты исследования люминесцентных свойств волноводных слоев Si:Er, выращенных методом СМЛЭ на подложках "кремний-на-изоляторе" (SOI). Показано, что основные особенности излучающих эрбиевых центров, характерные для структур Si:Er на кремнии (характер штарковского расщепления основного состояния, ширина спектральных линий, условия формирования и трансформации излучающих центров при термообработке), сохраняются при эпитаксии на подложках SOI. Для полученных структур Si:Er/SOI продемонстрирована интенсивная ФЛ ионов эрбия, в том числе излучательного центра Ег-1 с рекордно узкой линией ФЛ (< 10 мкэВ). Измеренное значение характерного времени спада эрбиевой ФЛ т ~ 1 мс (при низких температурах измерения) соответствует излучательному времени жизни иона Ег в кремнии, что, наряду с результатами исследований методом просвечивающей электронной микроскопии, подтверждает высокое качество полученных структур Si:Er/SOI. Получение волноводных слоев Si:Er с центром Ег-1 на подложках SOI в процессе, максимально совместимом с современной CMOS технологией открывает перспективу создания лазерных структур на основе кремния, легированного ионами эрбия.

В Главе 4 приводятся результаты исследования люминесцентных свойств эпитаксиальных структур Si:Er/Si в условиях импульсного оптического возбуждения в широком интервале значений мощности и длины волны = 500-960 нм) возбуждающего излучения.

В разделе 4.1 указываются основные особенности, возникающие при исследовании структур Si:Er/Si в условиях импульсного возбуждения, а также приводится характерная временная зависимость (кинетика) сигнала ФЛ на длине волны излучательного перехода иона Ег3+ (1535 нм).

В разделе 4.2 рассмотрены зависимости интенсивности эрбиевой ФЛ от мощности оптического возбуждения при различных длинах волн возбуждающего излучения в спектральном диапазоне, соответствующем межзонному поглощению кремния.

Определены характерные значения мощности возбуждения, соответствующие переходу от линейного участка зависимости 1(Р) к режиму насыщения ФЛ ионов эрбия, при различных значениях длины волны возбуждающего излучения.

В разделе 4.3 показано, что неоднородность оптического возбуждения структур Si:Er/Si может оказывать существенное влияние на вид зависимостей интенсивности эрбиевой ФЛ от мощности и длины волны оптического возбуждения, если латеральный размер исследуемых структур превышает характерный размер пятна возбуждающего излучения, в частности при фокусировке лазерного луча. Это связано с тем, что в условиях насыщения эрбиевой ФЛ значительный вклад в суммарный сигнал ФЛ дают области, удаленные от центра пятна, с существенно меньшей плотностью мощности возбуждающего излучения. С использованием скорректированной методики измерения зависимостей интенсивности эрбиевой ФЛ от мощности накачки (в условиях однородного возбуждения структур) было определено значение эффективного сечения возбуждения ионов эрбия в СМЛЭ структурах Si:Er/Si. Полученное значение эффективного сечения возбуждения 5-Ю'14 см2 (при Т = 4,2 К) более, чем на порядок превосходит величину, измеряемую в условиях неоднородного возбуждения исследуемых структур, а также на порядок превышает значения эффективного сечения возбуждения структур Si:Er/Si, опубликованные ранее в работах [4,5].

В разделе 4.4 рассматриваются возможные причины насыщения эрбиевой ФЛ в условиях интенсивного импульсного оптического возбуждения структур Si:Er/Si. Показано, что интенсивность ФЛ эрбия в насыщении существенно зависит от температуры измерения (падение интенсивности ФЛ составляет ~ 3 раза при увеличении температуры от 16 до 70 К), поэтому насыщение эрбиевой ФЛ в указанных условиях не может быть связано с возбуждением всех оптически активных эрбиевых центров, имеющихся в исследуемых структурах. Для объяснения полученного результата проведен анализ системы уравнений баланса для концентрации электронно-дырочных пар, экситонов и возбужденных ионов эрбия при высоких уровнях возбуждения с учетом взаимодействия ионов эрбия и экситонов со свободными носителями заряда. Показано, что ограничение роста числа экситонов вследствие взаимодействия со свободными носителями заряда в совокупности с оже-девозбуждением ионов эрбия при высоких уровнях накачки может приводить к насыщению концентрации возбужденных ионов эрбия на уровне значительно меньшем полного числа оптически активных эрбиевых центров и существенно зависящем от температуры измерения.

В разделе 4.5 приводятся результаты исследования спектров и кинетики излучательной рекомбинации носителей заряда (межзонной ФЛ) в структурах Si:Er/Si в условиях интенсивного импульсного оптического возбуждения. Полученные спектры и кинетика межзонной ФЛ свидетельствуют о возникновении в исследуемых структурах Si:Er/Si электронно-дырочной плазмы (ЭДП) при высоких уровнях оптической накачки. Показано, что установление насыщения эрбиевой ФЛ происходит в том же диапазоне значений мощности возбуждения, в котором наблюдается переход Morra от режима генерации свободных экситонов к образованию ЭДП. Таким образом, насыщение эрбиевой ФЛ в структурах Si:Er/Si в условиях импульсной

оптической накачки связывается с возрастанием безызлучательного оже-девозбуждения ионов эрбия и ограничением концентрации экситонов, участвующих в процессе возбуждения эрбиевых центров, при переходе от режима генерации свободных ' экситонов к образованию электронно-дырочной плазмы.

В разделе 4.6 приведены результаты исследования кинетики ФЛ ионов эрбия в структурах БкЕг/Би в том числе кинетики нарастания эрбиевой ФЛ с наносекундным временным разрешением, при различных значениях мощности и длины волны возбуждающего излучения. Показано, что характерное время передачи возбуждения от электронной подсистемы кремния ионам эрбия в структурах БгЕг/Б!, определяющее кинетику нарастания эрбиевой ФЛ при низких уровнях оптической накачки, составляет менее 5 не. При высоких уровнях оптического возбуждения в кинетике нарастания эрбиевой ФЛ возникает медленная компонента с характерным временем ~ 1 мке | (рис.2(а)). Появление данной компоненты связывается со снижением эффективности | возбуждения ионов эрбия и интенсивным безызлучательным девозбуждением при высокой концентрации носителей заряда и образовании электронно-дырочной плазмы. Обнаружено снижение вклада медленной компоненты в кинетику нарастания ФЛ эрбия при уменьшении длины волны возбуждающего излучения (рис.2(б)). Этот результат указывает на существенное влияние диффузии носителей заряда из кремниевой подложки в легированный слой БкЕг на процессы возбуждения ионов эрбия в исследованных структурах.

Время, мке Время, мке

а) б)

Рис.2. Кинетика нарастания эрбиевой ФЛ в структуре 8кЕг/81: а) при различных значениях мощности возбуждения (Х^ = 900 нм); б) при различных значениях длины волны возбуждающего излучения (Р = 100 мВт). Т = 77 К.

Глава 5 посвящена исследованию спектров возбуждения ФЛ ионов эрбия в эпитаксиальных структурах 81:Ег/8! в широком спектральном диапазоне излучения накачки, включая области межзонного (1гуех > Е„) и подзонного (Ьуех < Е„) возбуждения кремния, а также прямого оптического возбуждения ионов эрбия. Исследование спектров возбуждения ФЛ осуществлялось с использованием параметрического генератора света (ОРО) с длительностью импульса ~ 5 не.

В разделе 5.1 представлены спектры возбуждения эрбиевой ФЛ в структурах БгЕг/Б!, полученные при различных значениях мощности возбуждающего излучения.

Показано, что при высоких уровнях импульсной оптической накачки сигнал эрбиевой ФЛ в структурах БкЕг^ (а также в структурах 8кЕг/801 и 8Юе:Ег/8Г), наблюдается в широком диапазоне длин волн возбуждающего излучения, включая область энергий кванта меньших ширины запрещенной зоны кремния (Ьуех < Е8). Также обнаружено, что при высокой мощности оптической накачки в спектральной области, соответствующей краю межзонного поглощения кремния, наблюдается резкое возрастание интенсивности ФЛ эрбия с увеличением длины волны возбуждения и в спектрах возбуждения эрбиевой ФЛ возникает пик с максимумом на длине волны 1030 нм (рис.З(а)).

В разделе 5.2 приводятся результаты сравнительного исследования эрбиевой и экситонной ФЛ в структурах БйЕг/Бц на основании которых устанавливается механизм возбуждения ФЛ эрбия в условиях подзонной оптической накачки. Также в данном разделе приводятся экспериментальные факты, объясняющие возникновение пика в спектрах возбуждения эрбиевой ФЛ вблизи края межзонного поглощения кремния.

Для определения механизма возбуждения эрбиевой ФЛ при подзонной оптической накачке было проведено сравнительное исследование спектров возбуждения эрбиевой и межзонной (экситонной) ФЛ. Было обнаружено, что, несмотря на резкое падение интенсивности экситонной ФЛ при Ьуех < Ев, генерация экситонов в исследуемых структурах Бг.Ег/Б! осуществляется и при подзонном оптическом возбуждении. На рис.З(б) приведен спектр межзонной ФЛ кремния, полученный на длине волны возбуждения А« = 1300 нм, т.е. при энергии фотона излучения накачки существенно (более чем на 200 мэВ) меньшей ширины запрещенной зоны кремния. Приведенный спектр ФЛ соответствует излучательной рекомбинации свободных экситонов в кремнии с испусканием ТО-фонона. Соотношение интенсивностей эрбиевой и экситонной ФЛ, полученное при межзонной и подзонной накачке, показало, что возбуждение ионов эрбия в кремнии при подзонной накачке происходит, как и в случае межзонного возбуждения, вследствие генерации в исследуемых структурах свободных экситонов. Генерация экситонов в указанных условиях осуществляется, по-видимому, в результате двухступенчатого процесса поглощения с участием глубоких примесных состояний в запрещенной зоне кремния, что подтверждается сверхлинейной зависимостью интенсивности экситонной ФЛ от мощности излучения накачки (см. вставку к рис.З(б)).

Возникновение пика в спектрах возбуждения эрбиевой ФЛ вблизи края собственного поглощения кремния связано с увеличением возбуждаемой области активного слоя БгЕг (и числа возбуждаемых эрбиевых центров) при переходе к подзонному излучению накачки (А^ > 1020 нм) с низким коэффициентом поглощения в кремнии. В этом случае излучение накачки может эффективно распространяться в объеме исследуемой структуры вследствие многократного отражения от границ образца и возбуждать ионы эрбия в областях активного слоя БкЕг, расположенных вне пятна лазерного излучения. Показано, что при измерении спектра возбуждения ФЛ эрбия в условиях возбуждения всей площади активного слоя 81:Ег наблюдается монотонное падение интенсивности эрбиевой ФЛ при увеличении длины волны излучения накачки, и пик в спектре возбуждения эрбиевой ФЛ отсутствует.

íA

30 мВт

—О— 10 мВт

—♦— 5 мВт

—о— 2 мВт

/Я / о

//,v

V

5

6 o.i

I 0-6

IflQíí 1050 1100 USO I2O0 1250 Длина волны возбуждения, нм

а)

1070 1080 1090 1100 1110 1120 ИЗО 1140 1150

Длина волны, нм б)

Рис.3, а) Спектры возбуждения ФЛ ионов эрбия в структуре 8г.Ег/81 при различных значениях мощности оптической накачки, б) Спектр экситонной ФЛ в структуре ЗкЕг/Б! в условиях подзонного оптического возбуждения (Хех = 1300 нм). Т = 77 К. На вставке: зависимость интенсивности экситонной ФЛ от мощности возбуждающего излучения.

В разделе 5.3 приведены результаты исследования ФЛ ионов эрбия в кремнии в условиях прямой оптической накачки перехода (на длинах волн 1,48

и 1,54 мкм). Описана методика исследования ФЛ эрбия в условиях прямой оптической накачки. Показано, что при высоких уровнях накачки прямое оптическое возбуждение ионов эрбия сопоставимо по эффективности с межзонным при низких температурах и на несколько порядков превосходит эффективность межзонного возбуждения при высоких температурах. В случае прямого оптического возбуждения сигнал ФЛ ионов эрбия в кремнии наблюдается вплоть до комнатной температуры (рис.4).

Г\ i

I V

• • •

••••• ¿4 ... • У • • i •

900 1000 1100 1200 1300 М00 1500 1600 Длина волны возбуждающего излучения, нм

а)

900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 1600 Длина волны возбуждающего излучения, нм

б)

Рис.4. Спектры возбуждения эрбиевой ФЛ в СМЛЭ структуре ЗгЕг^ при Т = 15 К (а) и Т = 300 К (б). Сигнал эрбиевой ФЛ при возбуждении в спектральном диапазоне 1450-1580 нм обусловлен прямым оптически возбуждением ионов эрбия в кремнии.

В разделе 5.4 приводятся результаты сравнительного исследования температурной зависимости и кинетики эрбиевой ФЛ в условиях межзонного и прямого оптического возбуждения ионов эрбия в структурах БкЕг/Зь Показано, что падение интегральной интенсивности эрбиевой ФЛ с увеличением температуры от 15 до 300 К составляет ~ 50 раз, т.е. значительно (более чем на 2 порядка) меньше, чем при межзонном возбуждении. При этом уменьшение времени релаксации эрбиевой ФЛ составило от 1 мс при 15 К до 0,4 мс при 300 К. Полученный результат свидетельствует о том, что в исследованных структурах ЭкЕг^ для значительной доли излучающих эрбиевых центров, возбуждаемых при прямом поглощении излучения накачки, основные термоактивируемые процессы безызлучательного девозбуждения (оже-девозбуждение равновесными носителями заряда, процесс обратной передачи энергии) являются существенно подавленными вплоть до комнатной температуры.

Исследовано влияние подсветки структур 81:Ег/81 непрерывным межзонным излучением на кинетику эрбиевой ФЛ в условиях прямого оптического возбуждения ионов эрбия. Показано, что включение межзонной подсветки приводит к значительному (приблизительно в 2 раза) снижению времени спада эрбиевой ФЛ при комнатной температуре. Таким образом, продемонстрировано эффективное взаимодействие эрбиевых центров, возбуждаемых при прямой оптической накачке, с электронной подсистемой матрицы кремния.

В Заключении сформулированы основные результаты, полученные в работе.

Основные результаты работы

1. Исследованы люминесцентные свойства структур Si:Er/Si, выращенных методом сублимационной МЛЭ. Определена внешняя квантовая эффективность ФЛ ионов эрбия на длине волны 1,54 мкм. Установлено, что максимальное значение внешней квантовой эффективности в эпитаксиальных структурах Si:Er/Si составляет 1,6% и наблюдается при температуре жидкого гелия (Т = 4,2 К) и низких уровнях оптического возбуждения (Р < 1 мВт), соответствующих линейному участку зависимости интенсивности ФЛ от мощности накачки.

2. Возбуждение оптически активных эрбиевых центров, доминирующих при низких температурах измерения (Т < 60 К) в спектрах ФЛ эпитаксиальных структур Si:Er/Si без послеростовой термообработки, осуществляется экситонами, связанными на мелких примесных центрах с энергией ионизации 40-50 мэВ. При высоких температурах измерения основной вклад в спектры ФЛ дают эрбиевые комплексы, возбуждаемые с участием глубоких уровней в запрещенной зоне кремния. Отжиг структур при температурах 800-900°С приводит к увеличению вклада в спектр эрбиевой ФЛ второго типа оптически активных центров и существенно снижает температурное гашение эрбиевой ФЛ.

3. Исследованы люминесцентные свойства волноводных структур Si:Er, впервые выращенных методом МЛЭ на подложках "кремний-на-изоляторе" (SOI). Для полученных структур Si:Er/SOI продемонстрирована интенсивная ФЛ ионов эрбия, в том числе излучательного центра Ег-1 с рекордно узкой линией ФЛ (< 10 мкэВ). Показано, что время спада эрбиевой ФЛ в структурах Si:Er/SOI при низких температурах измерения составляет ~ 1 мс и соответствует времени излучательной релаксации ионов эрбия в кремнии.

4. В структурах Si:Er/Si сигнал эрбиевой ФЛ наблюдается в широком диапазоне длин волн возбуждающего излучения, включая область энергий кванта меньших ширины запрещенной зоны кремния (hvex < Eg). Показано, что при подзонной оптической накачке структур Si:Er/Si и Si:Er/SOI, как и в случае межзонной накачки, реализуется экситонный механизм возбуждения ионов эрбия. Генерация экситонов в указанных условиях осуществляется в результате двухфотонного поглощения или двухступенчатого процесса поглощения с участием примесных состояний в запрещенной зоне кремния.

5. Продемонстрировано существенное влияние неоднородности оптического возбуждения структур Si:Er/Si на зависимости интенсивности эрбиевой ФЛ от мощности и длины волны возбуждающего излучения. Эффективное сечение возбуждения ФЛ ионов эрбия в кремнии, измеренное в условиях однородного возбуждения структур Si:Er/Si, составляет 5-Ю"'4 см2 при Т = 4,2 К и на порядок превосходит ранее опубликованные значения. Возникновение пика в спектрах возбуждения эрбиевой ФЛ вблизи края межзонного поглощения кремния связано с существенным увеличением области возбуждения при переходе к подзонному излучению накачки (>.ех > 1020 нм) с малым коэффициентом поглощения в кремнии вследствие эффективного распространения возбуждающего излучения в объеме исследуемых структур.

6. Характерное время передачи возбуждения от электронной подсистемы кремния ионам эрбия в структурах Si:Er/Si, определяющее кинетику нарастания эрбиевой ФЛ при низких уровнях оптической накачки, составляет величину < 5 не. При высоких уровнях накачки в кинетике нарастания эрбиевой ФЛ возникает медленная компонента с характерным временем порядка 1 мкс. Появление данной компоненты связывается со снижением эффективности возбуждения ионов эрбия и интенсивным безызлучательным девозбуждением при высокой концентрации носителей заряда и образовании электронно-дырочной плазмы.

7. Впервые исследованы излучательные свойства иона Ег3+ в кремнии в условиях прямой оптической накачки перехода 4Ii5/2~*4Ii3/2 (на длинах волн 1,48 и 1,54 мкм). Показано, что при высоких уровнях накачки прямое оптическое возбуждение ионов эрбия сопоставимо по эффективности с межзонным при низких температурах и на несколько порядков превосходит эффективность межзонного возбуждения при высоких температурах. Сравнение температурного гашения и кинетики ФЛ эрбия в условиях прямого и межзонного оптического возбуждения показало, что в условиях прямого оптического возбуждения основные термоактивируемые процессы безызлучательного девозбуждения ионов эрбия существенно подавлены. В случае прямого оптического возбуждения сигнал ФЛ ионов эрбия в кремнии наблюдается вплоть до комнатной температуры.

Цитируемая литература

[1] AJ.Kenyon. Erbium in silicon. Topical review / A.J.Kenyon // Semicond. Sei. Technol. 2005. V.20. P.R65.

[2] A.Polman. Erbium implanted thin film photonic materials / A.Polman // J. Appl. Phys. 1997. V.82. P.l.

[3] F.Priolo. Excitation and nonradiative deexcitation processes of Er3+ in crystalline Si / F.Priolo, G.Franzo, S.Coffa, A.Carnera//Phys.Rev.B. 1998. V.57. P.4443.

[4] J.Palm. Electroluminescence of erbium-doped silicon / J.Palm, F.Gan, B.Zheng, J.Michel, L.C.Kimmerling // Phys. Rev. В 1996. V.54. P.17603.

[5]N.Q.Vinh. Concentration of Er3+ ions contributing to 1.5-цт emission in Si/Si:Er nanolayers / N.Q.Vinh, S.Minissale, H.Vrielinck, T.Gregorkiewicz // Phys. Rev. B. 2007. V.76. P.085339.

Список публикаций автора по теме диссертации

[А1] В.Г.Шенгуров. Светоизлучающие слои твердого раствора кремний-германий, легированные эрбием в процессе молекулярно-лучевой эпитаксии / В.Г.Шенгуров,

C.П.Светлов, В.Ю.Чалков, Б.А.Андреев, З.Ф.Красильник, Б.Я.Бэр, Ю.Н.Дроздов,

A.Н.Яблонский // ФТП. 2002. Т.36. №6. С.662-665.

[А2] Б.А.Андреев. Эффективность и температурное гашение люминесценции в эпитаксиальных кремниевых структурах, легированных эрбием / Б.А.Андреев, T.Gregorkiewicz, З.Ф.Красильник, В.П.Кузнецов, Д.И.Курицын, М.В.Степихова,

B.Г.Шенгуров, В.Б.Шмагин, А.Н.Яблонский, W.Jantsch // Известия РАН. Серия физическая. 2003. Т.67. №2. С.273-276.

[A3] Z.F.Krasilnik. SMBE grown uniformly and selectively doped Si:Er structures for LEDs and lasers / Z.F.Krasilnik, V.Ya.Aleshkin, B.A.Andreev, O.V.Gusev, W.Jantsch, L.V.Krasilnikova, D.I.Kryzhkov, V.P.Kuznetsov, V.G.Shengurov, V.B.Shmagin, N.A.SoboIev, M.V.Stepikhova, A.N.Yablonsky // Towards the first silicon laser. Eds. L.Pavesi, S.Gaponenko, L.Dal Negro, Kluver Academic Publishers. 2003. P.445. [A4] Б.А.Андреев. Особенности спектров возбуждения фотолюминесценции ионов Ег в эпитаксиальных кремниевых структурах, легированных эрбием / Б.А.Андреев, T.Gregorkiewicz, M.A.J.Klik, З.Ф.Красильник, Д.И.Крыжков, В.П.Кузнецов,

A.Н.Яблонский // ФТТ. 2004. Т.46. №1. С.98-101.

[А5] Б.А.Андреев. Спектроскопия возбуждения эрбиевой фотолюминесценции в эпитаксиальных структурах Si:Er / Б.А.Андреев, З.Ф.Красильник, А.Н.Яблонский,

B.П.Кузнецов, T.Gregorkiewicz, M.A.J.Klik // ФТТ. 2005. Т.47. №1. С.83.

[А6] A.N.Yablonskiy. Photoluminescence excitation spectroscopy of erbium in epitaxially grown Si:Er structures / A.N.Yablonskiy, M.A.J.Klik, B.A.Andreev, V.P.Kuznetsov, Z.F. Krasilnik, T.Gregorkiewicz// Optical Materials. 2005. V.27. №5. P.890. [A7] Z.F.Krasilnik. Erbium doped silicon single- and multilayer structures for LED and laser applications / Z.F.Krasilnik, B.A.Andreev, T.Gregorkiewicz, W.Jantsch, M.A.J.Klik,

D.I.Kryzhkov, L.V.Krasil'nikova, V.P.Kuznetsov, H.Przybylinska, D.Yu.Remizov, V.G.Shengurov, V.B.Shmagin, M.V.Stepikhova, V.Yu.Timoshenko, N.Q.Vinh, A.N.Yablonskiy, D.M.Zhigunov // Rare-Earth Doping for Optoelectronic Applications, edit, by T.Gregorkiewicz, Y.Fujiwara, M.Lipson, J.M.Zavada (Mater. Res. Soc. Symp. Proc.). Warrendale, PA. 2005. V.866. P.13.

[A8] Z.F.Krasilnik. Outstanding Meeting Paper: Erbium doped silicon single- and multilayer structures for LED and laser applications / Z.F.Krasilnik, B.A.Andreev, T.Gregorkievicz, WJantsch, D.I.Kryzhkov, LV.Krasilnikova, V.P.Kuznetsov, H.Przybylinska, D.Yu.Remizov, V.B.Shmagin, M.V.Stepikhova, V.Yu.Timoshenko, N.Q.Vinh, A.N.Yablonskiy, D.M.Zhigunov // Journal of Materials Research. 2006. V.21. P.574. [A9] О.В.Белова. Электрофизические свойства слоев Si:Er/Si, выращенных методом сублимационной молекулярно-лучевой эпитаксии / О.В.Белова, В.Н.Шабанов, А.П.Касаткин, О.А.Кузнецов, А.Н.Яблонский, М.В.Кузнецов, В.П.Кузнецов, А.В.Корнаухов, Б.А.Андреев, З.Ф.Красильник// ФТП. 2008. Т.42. №2. С. 136. [А10] A.N.Yablonskiy. Band-to-band and direct optical excitation of Er in silicon: Comparison of kinetics, temperature dependence of erbium PL / A.N.Yablonskiy,

L.V.Krasilnikova, B.A.Andreev, D.I.Kryzhkov, V.P.Kuznetsov and Z.F.Krasilnik // Physica B: Condensed Matter. 2009. V.404. №23-24. P.4601.

[All] А.Н.Яблонский. Особенности механизмов возбуждения эрбиевой ФЛ в эпитаксиальных структурах Si:Er/Si / А.НЛблонский, Б. А. Андреев, ЛВ.Красильникова, Д.И.Крыжков, В.П.Кузнецов, З.Ф.Красильник// ФТП. 2010. Т.44. №11. С.1519.

[А 12] Л.В.Красильникова. Особенности спектров возбуждения и кинетики ФЛ структур Si^Ge^Er/Si с релаксированным гетерослоем / ЛВ.Красильникова, А.Н.Яблонский, М.В.Степихова, Ю.Н.Дроздов, В.Г.Шенгуров, З.Ф.Красильник // ФТП. 2010. Т.44. С. 1527.

[А13] Б.А.Андреев. Светоизлучающие структуры на основе кремния, легированного эрбием в процессе сублимационной молекулярно-лучевой эпитаксии / Б.А.Андреев, З.Ф.Красильник, Д.И.Крыжков, В.П.Кузнецов, А.О.Солдаткин, М.В.Степихова, В.Б.Шмагин, А.Н.Яблонский, WJantsch, T.Gregorkievicz // Материалы V Российской конференции по физике полупроводников. Нижний Новгород. 10-14 сентября 2001. С.89.

[А14] B.A.Andreev. Er-related luminescence in Si:Er epilayers grown with Sublimation Molecular Beam Epitaxy / B.A.Andreev, Z.F.Krasilnik, D.I.Kryzhkov, V.P.Kuznetsov, V.B.Shmagin, N.A.Sobolev, M.V.Stepikhova, A.N.Yablonsky // Xl-th Feofilov Symposium on Spectroscopy of Crystals Activated by Rare-Earth and Transition Metal Ions. Kazan. September 24-28 2001. Proceedings of SPIE 2002. V.766. P.89-93.

[A15] Б.А.Андреев. Эффективность и температурное гашение люминесценции в эпитаксиальных кремниевых структурах, легированных эрбием / Б.А.Андреев, З.Ф.Красильник, Д.И.Курицын, В.П.Кузнецов, С.П.Светлов, М.В.Степихова, В.Ю.Чалков, В.Г.Шенгуров, В.Б.Шмагин, А.Н.Яблонский, W.Yanch, T.Gregorkievicz // Материалы всероссийского совещания "Нанофотоника", Нижний Новгород. 11-14 марта 2002. С. 131.

[А16] В.Г.Шенгуров. Светоизлучающие эпитаксиальные структуры на основе твердого раствора кремний-германий, легированные эрбием / В.Г.Шенгуров, С.П.Светлов, В.Ю.Чалков, Б.А.Андреев, З.Ф.Красильник, Ю.Н.Дроздов, А.Н.Яблонский, Б.Я.Бэр // Материалы всероссийского совещания "Нанофотоника". Нижний Новгород. 11-14 марта 2002. С.297.

[А17] B.A.Andreev. Quantum efficiency and temperature quenching of the luminescence of uniformly and selectively erbium-doped silicon structures produced by sublimation MBE method / B.A.Andreev, WJantsch, Z.F.Krasil'nik, D.I.Kuritzyn, V.P.Kuznetsov, M.V.Stepikhova, A.N.Yablonsky // Proceedings of the 26th International Conference on the Physics of Semiconductors. Edinburgh. Great Britain. July 29 -August 2 2002. P63. ISBN:0750309245.

[A18] Z.F.Krasilnik. Sublimation molecular beam epitaxy grown uniformly and selectively doped Si:Er structures for LEDs and lasers / Z.F.Krasilnik, V.Y.Aleshkin, B.A.Andreev, O.B.Gusev, WJantsch, L.V.Krasilnikova, D.I.Krizhkov, V.P.Kuznetsov, E.N.Morozova, V.G.Shengurov, V.B.Shmagin, N.A.Sobolev, M.V.Stepikhova, A.N.Yablonsky // NATO Advanced research workshop "Towards the first silicon laser", Trento, Italy. September 21-26 2002. Book of Abstracts. P.46.

[А19] Б.А.Андреев. Особенности спектров возбуждения ФЛ ионов Ег^ в эпитаксиальных кремниевых структурах, легированных эрбием / Б.А.Андреев, З.Ф.Красильник, Д.И.Крыжков, А.Н.Яблонский, В.П.Кузнецов, T.Gregorkiewicz, M.A.J.Klik // Материалы всероссийского совещания "Нанофотоника". Нижний Новгород. 17-20 марта 2003. С.343.

[А20] M.A.J.Klik. Auger quenching in Si:Er investigated with near- and subbandgap excitation spectroscopy / M.A.J.Klik, T.Gregorkiewicz, A.N.Yablonskiy, B.A.Andreev // Proceedings of MRS Spring Meeting. Symposium I. San Francisco, USA. April 21-24 2003.17.3. P.187.

[A21] B.A.Andreev. Peculiarities of erbium excitation in sublimation MBE Si:Er structures / B.A.Andreev, T.Gregorkiewicz, M.A.J.Klik, Z.F.Krasilnik, D.I.Kryzhkov, V.P.Kuznetsov, A.N.Yablonskiy // Proceedings of E-MRS Spring Meeting. Strasbourg, France. June 10- 13 2003.

[A22] B.A.Andreev. Photoexcitation efficiency of Er3+ ions in silicon structures as a function of nature, concentration and distribution of optically and electrically active centers / B.A.Andreev, T.Gregorkiewicz, M.Klik, Z.F.Krasilnik, D.I.Kryzhkov, V.P.Kuznetsov, V.B.Shmagin, A.O.Soldatkin, A.N.Yablonskiy // 22nd International Conference on Defects in Semiconductors. Aarhus, Denmark. 28 July - 1 August 2003. Book of Abstracts II, PA72.

[A23] Б.А.Андреев. Спектры возбуждения ФЛ ионов Ег3+ в эпитаксиальных кремниевых структурах / Б.А.Андреев, T.Gregorkiewicz, MA.J.Klik, З.Ф.Красильник, В.П.Кузнецов, А.Н.Яблонский // Материалы VI Российской конференции по физике полупроводников. Санкт-Петербург. 27-31 октября 2003. С.435.

[А24] В.Я.Алешкин. Эффективность люминесценции в однородно и селективно легированных эрбием эпитаксиальных кремниевых структурах / В.Я.Алешкин, Б.А.Андреев, З.Ф.Красильник, Д.И.Крыжков, В.П.Кузнецов, М.В.Степихова, В.Б.Шмагин, А.Н.Яблонский, T.Gregorkiewicz, W.Jantsch // Материалы VI Российской конференции по физике полупроводников. Санкт-Петербург. 2731 октября 2003. С.448.

[А25] Б.А.Андреев. Спектроскопия возбуждения эрбиевой фотолюминесценции в эпитаксиальных структурах Si:Er и SiGe:Er / Б.А.Андреев, З.Ф.Красильник, ВИКузнецов, А.НЛблонский, T.Gregorkiewicz, M.A.J.Klik // Материалы всероссийского совещания "Нанофотоника". Нижний Новгород. 2-6 мая 2004. С.303.

[А26] Б.А.Андреев. Люминесцентные свойства структур Si:Er/Si, выращенных методом сублимационной МЛЭ / Б.А.Андреев, З.Ф.Красильник, Д.И.Крыжков, А.Н.Яблонский, В.П.Кузнецов, T.Gregorkiewicz, M.Klik, N.Q.Vinh // Материалы всероссийского совещания "Нанофотоника". Нижний Новгород. 2-6 мая 2004. С.96.

[А27] B.A.Andreev. Excitation spectroscopy of erbium PL in epitaxially grown Si:Er and SiGe:Er structures / B.A.Andreev, Z.F.Krasilnik, V.P.Kuznetsov, A.N.Yablonskiy, T.Gregorkiewicz, M.A.J.Klik // E-MRS Spring Meeting. Strasbourg, France. May 24-28 2004. A1-VI.4.

[A28] T.Gregorkiewicz. Photonic properties of Er-doped Si multi-nanolayer structures / T.Gregorkiewicz, N.Q.Vinh, M.A.J.Klik, S.Minissale, B.A.Andreev, A.N.Yablonsky // E-MRS-2005 Spring Meeting. Strasbourg, France. May 31 - June 3 2005.

[А29] Z.F.Krasilnik. Erbium doped silicon single- and multilayer structures for LED and laser applications / Z.F.Krasilnik, B.A.Andreev, T.Gregorkievicz, W.Jantsch, D.I.Kryzhkov, L.V.Krasilnikova, V.P.Kuznetsov, H.Przybylinska, D.Yu.Remizov, V.B.Shmagin, M.V.Stepikhova, V.Yu.Timoshenko, N.Q.Vinh, A.N.Yablonskiy, D.M.Zhigunov // Proceedings of 2005 MRS Spring Meeting. Symposium V. San Francisco, USA. March 28 - April 1 2005. VI.4. (Invited).

[A30] Б.А.Андреев. Люминесцентные свойства редкоземельных элементов в кремнии / Б.А.Андреев, З.Ф.Красильник, Л.В.Красильникова, Д.И.Крыжков, В.П.Кузнецов, Д.Ю.Ремизов, М.В.Степихова, В.Ю.Чалков, В.Г.Шенгуров, В.Б.Шмагин,

A.Н.Яблонский // Симпозиум "Нанофизика и наноэлектроника". Нижний Новгород. 13-17 марта 2006. T.l. С.55.

[А31] Б.А.Андреев. Излучательные свойства примесных центров, связанных с эрбием, в структурах Si:Er/SOI, полученных методом сублимационной молекулярно-лучевой эпитаксии / Б.А.Андреев, З.Ф.Красильник, Д.ЙКрыжков, А.Н.Яблонский,

B.П.Кузнецов, T.Gregorkiewicz // Материалы Симпозиума "Нанофизика и наноэлектроника". Нижний Новгород. 10-14 марта 2007. С.392.

[А32] Б.А.Андреев. Люминесцентные свойства волноводных структур Si:Er/SOI, полученных методом сублимационной МЛЭ / Б.А.Андреев, З.Ф.Красильник, Д.И.Крыжков, А.Н,Яблонский, В.П.Кузнецов, T.Gregorkiewicz//Тезисы докладов VIII Российской конференции по физике полупроводников. Екатеринбург. 30 сентября - 5 октября 2007. С.128.

[АЗЗ] Б.А.Андреев. Эффект электро-оптической памяти (с оптическим выходом на длине волны 1.54 мкм) в структурах Si:Er/Si / Б.А.Андреев, З.Ф.Красильник, Д.И.Крыжков, А.Н. Яблонский, В.П.Кузнецов, T.Gregorkiewicz, W.Jantsch // Материалы Симпозиума "Нанофизика и наноэлектроника". Нижний Новгород. 10-14 марта 2008. С.489.

[А34] Б.А.Андреев. Излучательные свойства эпитаксиальных волноводных структур Si:Er/SOI / Б.А.Андреев, З.Ф.Красильник, Д.И.Крыжков, А.Н.Яблонский, В.П.Кузнецов, T.Gregorkiewicz, Ng.Ng.Ha II Тезисы V Международной конференции "Кремний-2008". Черноголовка. 1 - 4 июля 2008. С.247.

[А35] Б.А.Андреев. Запасенная электролюминесценция в диодных структурах Si:Er/Si / Б.А.Андреев, З.Ф.Красильник, Д.И.Крыжков, А.Н.Яблонский, В.П.Кузнецов, T.Gregorkiewicz, WJantsch // Тезисы V Международной конференции "Кремний-2008". Черноголовка. 1 - 4 июля 2008. С.249.

[А36] Л.В.Красильникова. Спектроскопия возбуждения эрбиевой люминесценции в структурах Si:Er/Si и Si^Ge^Er/Si / Л.В.Красильникова, А.КЯблонский, М.В.Сгепихова, З.Ф.Красильник, В.П.Кузнецов, В.Г.Шенгуров // Материалы ХШ Международного симпозиума "Нанофизика и наноэлектроника". Нижний Новгород. 16-20 марта 2009. С.362.

[А37] B.A.Andreev. Photoluminescence of erbium-doped Si structures grown on SOI by molecular beam epitaxy / B.A.Andreev, Z.F.Krasilnik, D.I.Kryzhkov, V.P.Kuznetsov, A.N.Yablonskiy, T.Gregorkiewicz, N.Ha // 25th International Conference on Defects in Semiconductors. St-Petersburg, Russia. July 20-24 2009. P. 157.

[А38] A.N.Yablonskiy. Photoluminescence excitation spectroscopy and time-resolved PL studies of erbium luminescence in epitaxial Si:Er/Si, SiGe:Er/Si and Si:Er/SOI structures / A.N.YabIonskiy, BAAndreev, D.I.Kryzhkov, L.V.Krasilnikova, V.P.Kuznetsov, Z.F.Krasilnik // 25th International Conference on Defects in Semiconductors. St-Petersburg, Russia. July 20-24 2009. P.249.

[A39] Б.А.Андреев. Излучательные свойства эпитаксиальных структур Si:Er/SOI / Б.А.Андреев, З.Ф.Красильник, Д.И.Крыжков, А.Н.Яблонский, В.П.Кузнецов, T.Gregorkiewicz, Ng.Ng.Ha // Тезисы IX Российской конференции по физике полупроводников. Новосибирск-Томск. 28 сентября - 3 октября 2009. С.77.

[А40] А.Н.Яблонский. Особенности спектров возбуждения эрбиевой ФЛ в эпитаксиальных структурах Si:Er/Si, SiGe:Er/Si и Si:Er/SOI / А.Н.Яблонский, Л.В.Красильникова, Б.А.Андреев, Д.И.Крыжков, В.П.Кузнецов, В.Г.Шенгуров, З.Ф.Красильник // Тезисы IX Российской конференции по физике полупроводников. Новосибирск-Томск. 28 сентября - 3 октября 2009. С.221.

[А41] Л.В.Красильникова. Кинетика эрбиевой люминесценции в структурах Si:Er/Si и Si|.xGex:Er/Si при межзонном и прямом оптическом возбуждении / ЛБ.Красильникова, А.Н.Яблонский, Б.А.Андреев, З.Ф.Красильник, В.П.Кузнецов, В.Г.Шенгуров // Тезисы IX Российской конференции по физике полупроводников. Новосибирск-Томск. 28 сентября - 3 октября 2009. С.215.

[А42] B.A.Andreev. Time-resolved electroluminescence, photoluminescence and photoluminescence excitation spectroscopy of the sublimation MBE Si:Er/Si and Si:Er/SOI structures / B.A.Andreev, Z.F.Krasilnik, L.V.Krasilnikova, D.I.Kryzhkov, K.E.Kudryavtsev, V.P.Kuznetsov, D.V.Shengurov, V.B.Shmagin, A.N.Yablonskiy // Abstracts of the 3rd Workshop on the Impurity Based Electroluminescence Devices and Materials. Barcelona, Spain. 30 September - 3 October 2009. Abstract 14.

[A43] L.V.Krasilnikova. Peculiarities of the photoluminescence excitation spectra in Er doped Si and SiGe structures / L.V.Krasilnikova, A.N.Yablonskiy, M.V.Stepikhova, D.V.Shengurov, V.P.Kuznetsov, V.G.Shengurov, Z.F.Krasilnik // Abstracts of the 3rd Workshop on the Impurity Based Electroluminescence Devices and Materials. Barcelona, Spain. 30 September - 3 October 2009. Abstract 60.

[A44] А.Н.Яблонский. Особенности механизмов возбуждения эрбиевой ФЛ в эпитаксиальных структурах Si:Er/Si / А.Н.Яблонский, Б.А.Андреев, Л.В.Красильникова, Д.И.Крыжков, В.П.Кузнецов, З.Ф.Красильник // Материалы XIV Международного симпозиума "Нанофизика и наноэлектроника". Нижний Новгород. 15-19 марта 2010. С.271.

[А45] Б.А.Андреев. Излучательные свойства эпитаксиальных структур Si:Er/SOI / Б.А.Андреев, З.Ф.Красильник, Д.И.Крыжков, К.Е.Кудрявцев, В.П.Кузнецов, Д.В.Шенгуров, А.Н.Яблонский, T.Gregorkiewicz, N.N.Ha // Материалы XIV Международного симпозиума "Нанофизика и наноэлектроника". Нижний Новгород. 15-19 марта 2010. С.273.

[А46] Л.В.Красильникова. Влияние релаксации упругих напряжений на люминесцентные свойства и процессы возбуждения редкоземельной примеси в эпитаксиальных структурах Sii_xGex:Er/Si / Л.В.Красильникова, А.Н.Яблонский, М.В.Степихова,

В.Г.Шенгуров, З.Ф.Красильник // Материалы XIV Международного симпозиума "Нанофизика и наноэлектроника". Нижний Новгород. 15-19 марта 2010. С.452.

[А47] Б.А.Андреев. Светоизлучающие структуры на основе Si:Er для кремниевой оптоэлектроники / Б.А.Андреев, З.Ф.Красильник, Д.И.Крыжков, В.П.Кузнецов, К.Е.Кудрявцев, В.Б.Шмагин, А.НЛблонский // Тезисы докладов VII Международной конференции "Кремний-2010". Нижний Новгород. 6-9 июля 2010г. С.252. (Приглашенный доклад)

[А48] А.Н.Яблонский. Особенности механизмов возбуждения эрбиевой ФЛ в эпитаксиальных структурах Si:Er/Si и Si:Er/SOI / А.Н.Яблонский, Б.А.Андреев, Л.В.Красильникова, Д.И.Крыжков, В.П.Кузнецов, Д.В.Шенгуров, З.Ф.Красильник // Тезисы докладов VII Международной конференции "Кремний-2010". Нижний Новгород. 6-9 июля 2010г. С.148.

[А49] Л.В.Красильникова. Особенности возбуждения ионов Ег в структурах Si/S¡Ge:Er с отрелаксированным гетерослоем / ЛБ.Красильникова, А.НЛблонский, МБ.Сгепихова, ВГШенгуров, Ю.Н.Дроздов, З.Ф.Красильник // Тезисы докладов VII Международной конференции "Кремний-2010". Нижний Новгород. 6-9 июля 2010г. С.142.

[А50] А.Н.Яблонский. Спектры возбуждения люминесценции ионов эрбия в кремнии в условиях интенсивной оптической накачки / А.Н.Яблонский, Б.А.Андреев, Д.И.Крыжков, В.П.Кузнецов, Д.В.Шенгуров, З.Ф.Красильник // Материалы XV Международного симпозиума "Нанофизика и наноэлектроника". Нижний Новгород. 14 -18 марта 2011. С.535.

[А51] Л.В.Красильникова. Особенности процессов возбуждения редкоземельной примеси эрбия в эпитаксиальных структурах Si/Sii_xGex:Er/Si / Л.В.Красильникова, М.В.Степихова, А.Н.Яблонский, В.Г.Шенгуров, З.Ф.Красильник // Материалы XV Международного симпозиума "Нанофизика и наноэлектроника". Нижний Новгород. 14-18 марта 2011. С.490.

[А52] Л.В.Красильникова. Процессы возбуждения редкоземельной примеси эрбия в эпитаксиальных структурах Si/Sii_xGex:Er/Si / Л.В.Красильникова, М.В.Степихова, А.Н.Яблонский, В.Г.Шенгуров, З.Ф.Красильник // X Российская конференция по физике полупроводников. Нижний Новгород. 19-23 сентября 2011.

[А53] А.Н.Яблонский. Спектры возбуждения и кинетика люминесценции ионов эрбия в кремнии в условиях интенсивной оптической накачки / А.Н.Яблонский, Б.А.Андреев, Д.И.Крыжков, В.П.Кузнецов, В.Г.Шенгуров, З.Ф.Красильник // X Российская конференция по физике полупроводников. Нижний Новгород. 19-23 сентября 2011.

[А54] B.A.Andreev. Light-emitting Si:Er/Si, Si:Er/SOI structures grown by sublimation MBE / B.A.Andreev, Z.F.Krasilnik, K.E.Kudryavtsev, V.P.Kuznetsov, D.V.Shengurov, V.B.Shmagin, A.N.Yablonskiy // E-MRS-2011 Fall Meeting. Warsaw, Poland. September 19-23 2011. Invited.

Яблонский Артем Николаевич

ФОТОЛЮМИНЕСЦЕНЦИЯ, СПЕКТРЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ

И КИНЕТИКА ИЗЛУЧАТЕЛЬНОЙ РЕЛАКСАЦИИ В ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ КРЕМНИЕВЫХ СТРУКТУРАХ, ЛЕГИРОВАННЫХ ЭРБИЕМ

Автореферат

Подписано к печати 13.10.2011 г. Тираж 100 экз. Отпечатано на ризографе в Институте физики микроструктур РАН 603950, Нижний Новгород, ГСП-105

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1 Излучающие структуры на основе кремния, легированного эрбием •

1.1 Структуры на основе кремния, излучающие в ближнем ИК диапазоне • •

1.2 Излучающие структуры 8кЕг/81.

1.3 Механизм возбуждения ионов Ег в кремнии.

1.4 Методы получения кремниевых структур, легированных эрбием.

Глава 2 Методика получения и экспериментального исследования светоизлучающих кремниевых структур, легированных эрбием.

2.1 Сублимационная молекулярно-лучевая эпитаксия структур 81:Ег/81 и 81:Ег/

2.2 Спектроскопия фотолюминесценции структур 81:Ег/81 в ближнем Ж диапазоне

2.3 Методика измерения квантовой эффективности ФЛ излучающих структур 8кЕг/81 в ближнем ИК диапазоне.

2.4 Методика исследования кинетики и спектров возбуждения ФЛ структур 81:Ег/81 в условиях импульсного оптического возбуждения.

Глава 3 Эффективность и температурное гашение эрбиевой ФЛ в СМЛЭ структурах 8кЕг/81.

3.1 Низкотемпературная ФЛ ионов эрбия в СМЛЭ структурах 81: Ег/81.

3.2 Квантовая эффективность ФЛ эрбия в СМЛЭ структурах 81 :Ег/81.

3.3 Температурное гашение эрбиевой ФЛ в СМЛЭ структурах 81 :Ег/81.

3.4 ФЛ волноводных эпитаксиальных слоев 81:Ег, выращенных на подложках "кремний-на-изоляторе" (801).

3.5 Выводы к Главе 3.

Глава 4 ФЛ структур 81: Ег^ в условиях интенсивного импульсного оптического возбуждения.

4.1 Особенности импульсного оптического возбуждения структур 81:Ег/81 • •

4.2 Зависимость интенсивности эрбиевой ФЛ от мощности возбуждения: область межзонного оптического возбуждения.

4.3 Влияние неоднородности оптической накачки на зависимость интенсивности эрбиевой ФЛ от мощности возбуждения.

4.4 Механизм насыщения эрбиевой ФЛ в условиях интенсивного импульсного оптического возбуждения.

4.5 Межзонная ФЛ в структурах 8кЕг/81 в условиях импульсного оптического возбуждения.

4.6 Кинетика эрбиевой ФЛ в структурах 8кЕг/81 и 8кЕг/801.

4.7 Выводы к Главе 4.

Глава 5 Спектры возбуждения эрбиевой ФЛ в эпитаксиальных структурах 81:Ег/8ь

Межзонное и прямое оптическое возбуждение ионов эрбия в кремнии

5.1 Спектры возбуждения эрбиевой ФЛ в эпитаксиальных структурах ЭкЕг^

5.2 Механизм подзонного возбуждения эрбиевой ФЛ в кремнии.

5.3 Прямое оптическое возбуждение ионов эрбия в структурах 8кЕг/81.

5.4 Температурное гашение эрбиевой ФЛ в условиях межзонного и прямого оптического возбуждения.

5.5 Выводы к Главе 5.

Актуальность темы

Создание эффективного источника излучения на основе кремния представляет собой важную задачу современной оптоэлектроники. Как известно, кремний является основным материалом микроэлектроники, подавляющее большинство микроэлектронных чипов и солнечных батарей изготавливаются из кремния и по всей вероятности такая ситуация сохранится в ближайшие годы. В области оптоэлектроники положение кремния совершенно другое. Кремний является непрямозонным материалом, с чем связана низкая эффективность излучательной рекомбинации электронов и дырок. Долгое время кремний считался малопригодным для нужд оптоэлектроники. Однако задача интеграции на одном чипе микроэлектронных и оптических компонент настоятельно требует создания эффективно излучающих структур на основе кремния. Работы в этом направлении интенсивно ведутся последние два десятилетия. Значительный интерес в области телекоммуникаций привлекает задача создания на базе кремния источника излучения с длиной волны около 1.5 мкм, так как эта длина волны соответствует максимуму прозрачности кварцевых волоконно-оптических линий связи.

Данная работа посвящена исследованию светоизлучающих центров в кремниевых структурах, легированных ионами эрбия (БгЕг/БО. В настоящее время кремний, легированный эрбием, рассматривается как один из потенциальных источников излучения с длиной волны 1.5 мкм. Отсутствие детальных представлений о механизмах возбуждения и безызлучательного девозбуждения ионов эрбия в кремнии в условиях оптической и электрической накачки, а также о причинах значительного температурного гашения эрбиевой ФЛ в кремнии сдерживает процесс создания на основе этих структур эффективных источников излучения, работающих при комнатной температуре. Кроме того, задача достижения в структурах 81:Ег/81 инверсной населенности и реализации стимулированного излучения обуславливает необходимость изучения процессов, происходящих в данных структурах в условиях интенсивной оптической накачки.

В настоящей работе исследовались светоизлучающие структуры Б^Ег/Б!, полученные методом сублимационной молекулярно-лучевой эпитаксии (СМЛЭ). Указанные структуры характеризуются низким содержанием дефектов и демонстрируют при низких температурах интенсивный сигнал ФЛ, связанный с излучательной релаксацией ионов эрбия. Детальное понимание процессов переноса энергии в таких структурах и взаимодействия ионов эрбия с электронной подсистемой кремния отсутствует. Данная работа развивает представления о процессах возбуждения и девозбуждения эрбия в структурах ЭкЕг^, в том числе в условиях интенсивного импульсного оптического возбуждения, необходимого для реализации инверсной населенности, оптического усиления и лазерной генерации.

Основные цели работы

1. Исследование эффективности возбуждения и температурного гашения ФЛ ионов эрбия в эпитаксиальных кремниевых структурах, изучение влияния послеростового отжига структур на температурную стабильность ФЛ.

2. Изучение временных характеристик процесса возбуждения излучающих эрбиевых центров в кремниевых структурах.

3. Исследование процессов взаимодействия ионов эрбия с электронной подсистемой кремния при высоких уровнях оптического возбуждения, в том числе в условиях возникновения в структурах электронно-дырочной плазмы.

4. Исследование зависимости люминесцентных свойств эпитаксиальных структур Si:Er/Si от энергии кванта возбуждающего излучения в широком спектральном диапазоне и определение особенностей возбуждения ионов эрбия в кремнии в условиях межзонного, подзонного и прямого оптического возбуждения.

Научная новизна

1. Определена зависимость внешней квантовой эффективности ФЛ ионов эрбия в СМЛЭ структурах Si:Er/Si при температуре 4.2 К от мощности межзонного оптического возбуждения. Показано, что максимальное значение внешней квантовой эффективности ФЛ составляет 1.6% при мощности накачки менее 1 мВт.

2. В СМЛЭ структурах Si:Er/Si показано наличие нескольких типов оптически активных центров иона Ег3+ с существенно различным характером температурной зависимости эрбиевой ФЛ. Определены условия термической обработки структур Si:Er/Si, приводящие к снижению температурного гашения эрбиевой ФЛ.

3. В условиях интенсивной импульсной оптической накачки структур Si:Er/Si продемонстрировано наблюдение сигнала эрбиевой ФЛ в широком спектральном диапазоне возбуждающего излучения (0.5-1.5 мкм), включая области межзонного, подзонного и прямого оптического возбуждения.

4. Впервые исследованы излучательные свойства эпитаксиальных волноводных структур Si:Er/SOI, выращенных на подложках "кремний-на-изоляторе" (SOI), демонстрирующих интенсивную ФЛ ионов эрбия на длине волны 1.54 мкм.

5. Впервые изучены особенности ФЛ, возникающей при прямом оптическом возбуждении ионов эрбия в кремнии (на длинах волн 1.48 и 1.54 мкм), и проведено сравнительное исследование температурного гашения эрбиевой ФЛ в условиях прямого и межзонного оптического возбуждения.

Научная и практическая значимость работы

Полученные в работе результаты шляются важными как для понимания фундаментальных свойств излучающих кремниевых структур, легированных эрбием, так и для разработки оптоэлектронных приборов на основе кремниевых структур.

Научная значимость полученных в работе результатов состоит в установлении особенностей взаимодействия ионов эрбия с носителями заряда в матрице кремния в условиях интенсивного оптического возбуждения эпитаксиальных структур ЭкЕг^ и определении механизмов возбуждения и температурного гашения ФЛ ионов эрбия в кремнии в различных условиях оптической накачки.

Практическая значимость полученных результатов состоит в определении условий роста и послеростовой обработки эпитаксиальных структур БкЕг/Б!, приводящих к снижению температурного гашения эрбиевой ФЛ; определении методики корректного измерения спектров возбуждения эрбиевой ФЛ и величины эффективного сечения возбуждения ФЛ ионов эрбия в кремнии; получении излучающих волноводных эпитаксиальных структур 8кЕг/801 с шириной линии ФЛ менее 10 мкэВ, перспективных с точки зрения реализации активных кремниевых волноводов ближнего ИК диапазона и создания лазерных структур на основе кремния, легированного эрбием.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Внешняя квантовая эффективность ФЛ ионов эрбия на длине волны 1.54 мкм в структурах БкЕг/Б!, полученных методом сублимационной МЛЭ, достигает значения 1.6% при низких температурах (Т = 4.2 К) и низких уровнях оптического возбуждения (Р < 1 мВт), соответствующих линейному участку зависимости интенсивности ФЛ от мощности накачки.

2. Температурная зависимость спектров эрбиевой ФЛ в СМЛЭ структурах 8кЕг/81 определяется конкуренцией нескольких типов оптически активных эрбиевых центров, возбуждение которых осуществляется экситонами, связанными на примесных уровнях с различной энергией ионизации в запрещенной зоне кремния. Отжиг структур 8кЕг/81 оказывает существенное влияние на состав излучательных центров иона эрбия и температурную стабильность эрбиевой ФЛ.

3. Неоднородность оптического возбуждения структур ЗкЕг^ существенно влияет на вид зависимостей интенсивности эрбиевой ФЛ от мощности и длины волны возбуждающего излучения. Эффективное сечение возбуждения ФЛ ионов Ег в кремнии, получаемое при однородном возбуждении, составляет 5-10"14 см2 при Т = 4.2 К и на порядок превосходит ранее опубликованные значения. Достоверные данные о спектрах возбуждения ФЛ и величине эффективного сечения возбуждения ФЛ эрбия могут быть получены только в экспериментах с однородной оптической накачкой.

4. Возбуждение эрбиевой ФЛ в структурах 8кЕг/81 при высоких уровнях оптического возбуждения осуществляется как при межзонной, так и при подзонной оптической накачке исследуемых структур. Как в первом, так и во втором случае реализуется экситонный механизм возбуждения ионов эрбия. Характерное время передачи возбуждения от электронной подсистемы кремния ионам эрбия в структурах ЗкЕг/Б! составляет менее 5 не. В условиях прямого оптического возбуждения ионов эрбия в структурах ЭкЕг^ основные процессы безызлучательного девозбуждения существенно подавлены, и сигнал ФЛ эрбия наблюдается вплоть до комнатной температуры.

Апробация результатов работы

Основные результаты диссертации опубликованы в работах [А1-А54] и докладывались на У-Х Российских конференциях по физике полупроводников (Нижний Новгород 2001, Санкт-Петербург 2003, Екатеринбург 2007, Новосибирск-Томск 2009, Нижний Новгород 2011), 26 Международной конференции по физике полупроводников (Эдинбург 2002), 22 и 25 Международных конференциях по дефектам в полупроводниках (Аархус 2003, Санкт-Петербург 2009), международных конференциях Европейского материаловедческого сообщества Е-МЯБ (Страсбург 2003, 2004, 2005), всероссийских совещаниях "Нанофотоника" (Нижний Новгород 2002-2004), Х-ХУ Международных симпозиумах "Нанофизика и наноэлектроника" (Нижний Новгород 2006-2011), а также на внутренних семинарах Института физики микроструктур РАН и Научно-образовательного центра зондовой микроскопии ННГУ.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 54 печатных работы, в том числе 12 статей в реферируемых научных журналах и 42 публикации в сборниках тезисов докладов и трудов конференций, симпозиумов и совещаний.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Объем диссертации составляет 160 страниц, включая 81 рисунок и 2 таблицы. Список литературы содержит 90 наименований.

Основные результаты проведенных в диссертационной работе исследований оптических свойств эпитаксиальных структур Si:Er/Si можно сформулировать следующим образом:

1. Исследованы люминесцентные свойства структур Si:Er/Si, выращенных методом сублимационной МЛЭ. Определена внешняя квантовая эффективность ФЛ ионов эрбия на длине волны 1.54 мкм. Установлено, что максимальное значение внешней квантовой эффективности в эпитаксиальных структурах Si:Er/Si составляет 1.6% и наблюдается при температуре жидкого гелия (Т = 4.2 К) и низких уровнях оптического возбуждения (Р < 1 мВт), соответствующих линейному участку зависимости интенсивности ФЛ от мощности накачки.

2. Возбуждение оптически активных эрбиевых центров, доминирующих при низких температурах измерения (Т < 60 К) в спектрах ФЛ эпитаксиальных структур Si:Er/Si без послеростовой термообработки, осуществляется экситонами, связанными на мелких примесных центрах с энергией ионизации 40-50 мэВ. При высоких температурах измерения основной вклад в спектры ФЛ дают эрбиевые комплексы, возбуждаемые с участием глубоких уровней в запрещенной зоне кремния. Отжиг структур при температурах 800-900°С приводит к увеличению вклада в спектр эрбиевой ФЛ второго типа опически активных центров и существенно снижает температурное гашение эрбиевой ФЛ.

3. Исследованы люминесцентные свойства волноводных структур Si:Er, впервые выращенных методом МЛЭ на подложках "кремний-на-изоляторе" (SOI). Для полученных структур Si:Er/SOI продемонстрирована интенсивная ФЛ ионов эрбия, в том числе излучательного центра Ег-1 с рекордно узкой линией ФЛ (< 10 мкэВ). Показано, что время спада эрбиевой ФЛ в структурах Si:Er/SOI при низких температурах измерения составляет ~ 1 мс и соответствует времени излучательной релаксации ионов эрбия в кремнии.

4. В структурах Si:Er/Si сигнал эрбиевой ФЛ наблюдается в широком диапазоне длин волн возбуждающего излучения, включая область энергий кванта меньших ширины запрещенной зоны кремния (hvex < Eg). Показано, что при подзонной оптической накачке структур Si:Er/Si и Si:Er/SOI, как и в случае межзонной накачки, реализуется экситонный механизм возбуждения ионов эрбия. Генерация экситонов в указанных условиях осуществляется в результате двухфотонного поглощения или двухступенчатого процесса поглощения с участием примесных состояний в запрещенной зоне кремния.

5. Продемонстрировано существенное влияние неоднородности оптического возбуждения структур Si:Er/Si на зависимости интенсивности эрбиевой ФЛ от мощности и длины волны возбуждающего излучения. Эффективное сечение возбуждения ФЛ ионов эрбия в кремнии, измеренное в условиях однородного возбуждения структур Si:Er/Si, составляет 5-10"14 см2 при

Т = 4.2 К и на порядок превосходит ранее опубликованные значения. Возникновение пика в спектрах возбуждения эрбиевой ФЛ вблизи края межзонного поглощения кремния связано с существенным увеличением области возбуждения при переходе к подзонному излучению накачки (А,ех > 1020 нм) с малым коэффициентом поглощения в кремнии вследствие эффективного распространения возбуждающего излучения в объеме исследуемых структур.

6. Характерное время передачи возбуждения от электронной подсистемы кремния ионам эрбия в структурах 81:Ег/81, определяющее кинетику нарастания эрбиевой ФЛ при низких уровнях оптической накачки, составляет величину менее 5 не. При высоких уровнях накачки в кинетике нарастания эрбиевой ФЛ возникает медленная компонента с характерным временем ~ 1 мкс. Появление данной компоненты связывается со снижением эффективности возбуждения ионов эрбия и интенсивным безызлучательным девозбуждением при высокой концентрации носителей заряда и образовании электронно-дырочной плазмы.

7. Впервые исследованы излучательные свойства иона Ег3+ в кремнии в условиях прямой оптической накачки перехода А\\ыг-*А1\ъп (на длинах волн 1.48 и 1.54 мкм). Показано, что при высоких уровнях накачки прямое оптическое возбуждение ионов эрбия сопоставимо по эффективности с межзонным при низких температурах и на несколько порядков превосходит эффективность межзонного возбуждения при высоких температурах. Сравнение температурного гашения и кинетики ФЛ эрбия в условиях прямого и межзонного оптического возбуждения показало, что в условиях прямого оптического возбуждения основные термоактивируемые процессы безызлучательного девозбуждения ионов эрбия существенно подавлены. В случае прямого оптического возбуждения сигнал ФЛ ионов эрбия в кремнии наблюдается вплоть до комнатной температуры.

В заключение считаю своим приятным долгом выразить благодарность моему научному руководителю Андрееву Борису Александровичу за внимание, чуткое руководство и интересные научные дискуссии при выполнении данной работы. Также хочу выразить глубокую признательность большому коллективу сотрудников ИФМ РАН (Красильнику Захарию Фишелевичу, Крыжкову Денису Игоревичу, Шмагину Вячеславу Борисовичу, Антонову Александру Владимировичу, Кудрявцеву Константину Евгеньевичу, Сергееву Сергею Михайловичу, Степиховой Маргарите Владимировне, Красильниковой Людмиле Владимировне) за неоценимую помощь в выполнении данной работы. Хучу выразить благодарность Кузнецову Виктору Павловичу и Шенгурову Дмитрию Владимировичу за изготовление структур ЭкЕг^ и БкЕг/ЗО!, исследовавшихся в данной работе.

Список публикаций автора по теме диссертации

А1] В.Г.Шенгуров. Светоизлучающие слои твердого раствора кремний-германий, легированные эрбием в процессе молекулярно-лучевой эпитаксии / В.Г.Шенгуров,

C.П.Светлов, В.Ю.Чалков, Б.А.Андреев, З.Ф.Красильник, Б.Я.Бэр, Ю.Н.Дроздов,

A.Н.Яблонский // ФТП. 2002. Т.36. №6. С.662-665.

А2] Б.А.Андреев. Эффективность и температурное гашение люминесценции в эпитаксиальных кремниевых структурах, легированных эрбием / Б.А.Андреев, T.Gregorkiewicz, З.Ф.Красильник, В.П.Кузнецов, Д.И.Курицын, М.В.Степихова,

B.Г.Шенгуров, В.Б.Шмагин, А.Н.Яблонский, W.Jantsch // Известия РАН. Серия физическая. 2003. Т.61. №2. С.273-276.

A3] Z.F.Krasilnik. SMBE grown uniformly and selectively doped Si:Er structures for LEDs and lasers / Z.F.Krasilnik, V.Ya.Aleshkin, B.A.Andreev, O.V.Gusev, W.Jantsch, L.V.Krasilnikova,

D.I.Kryzhkov, V.P.Kuznetsov, V.G.Shengurov, V.B.Shmagin, N.A.Sobolev, M.V.Stepikhova,

A.N.Yablonsky // Towards the first silicon laser. Eds. L.Pavesi, S.Gaponenko, L.Dal Negro, Kluver Academic Publishers. 2003. P.445.

A4] Б.А.Андреев. Особенности спектров возбуждения фотолюминесценции ионов Ег3+ в эпитаксиальных кремниевых структурах, легированных эрбием / Б.А.Андреев, T.Gregorkiewicz, M.A.J.Klik, З.Ф.Красильник, Д.И.Крыжков, В.П.Кузнецов, А.Н.Яблонский // ФТТ. 2004. Т.46. №1. С.98-101. [А5] Б.А.Андреев. Спектроскопия возбуждения эрбиевой фотолюминесценции в эпитаксиальных структурах Si:Er / Б.А.Андреев, З.Ф.Красильник, А.Н.Яблонский,

B.П.Кузнецов, T.Gregorkiewicz, M.A.J.Klik // ФТТ. 2005. Т.47. №1. С.83.

А6] A.N.Yablonskiy. Photoluminescence excitation spectroscopy of erbium in epitaxially grown Si:Er structures / A.N.Yablonskiy, M.A.J.Klik, B.A.Andreev, V.P.Kuznetsov, Z.F. Krasilnik, T.Gregorkiewicz // Optical Materials. 2005. V.27. №5. p.890. [A7] Z.F.Krasilnik. Erbium doped silicon single- and multilayer structures for LED and laser applications / Z.F.Krasilnik, B.A.Andreev, T.Gregorkiewicz, W.Jantsch, M.A.J.Klik, D.I.Kryzhkov, L.V.Krasil'nikova, V.P.Kuznetsov, H.Przybylinska, D.Yu.Remizov, V.G.Shengurov, V.B.Shmagin, M.V.Stepikhova, V.Yu.Timoshenko, N.Q.Vinh, A.N.Yablonskiy, D.M.Zhigunov // Rare-Earth Doping for Optoelectronic Applications, edit, by T.Gregorkiewicz, Y.Fujiwara, M.Lipson, J.M.Zavada (Mater. Res. Soc. Symp. Proc.). Warrendale, PA. 2005. V.866. P. 13. [A8] Z.F.Krasilnik. Outstanding Meeting Paper: Erbium doped silicon single- and multilayer structures for LED and laser applications / Z.F.Krasilnik, B.A.Andreev, T.Gregorkievicz,

W.Jantsch, D.I.Kryzhkov, L.V.Krasilnikova, V.P.Kuznetsov, H.Przybylinska, D.Yu.Remizov, V.B.Shmagin, M.V.Stepikhova, V.Yu.Timoshenko, N.Q.Vinh, A.N.Yablonskiy, D.M.Zhigunov //Journal of Materials Research. 2006. V.21. P.574.

A9] О.В.Белова. Электрофизические свойства слоев Si:Er/Si, выращенных методом сублимационной молекулярно-лучевой эпитаксии / О.В.Белова, В.Н.Шабанов, А.П.Касаткин, О.А.Кузнецов, А.Н.Яблонский, М.В.Кузнецов, В.П.Кузнецов, А.В.Корнаухов, Б.А.Андреев, З.Ф.Красильник // ФТП. 2008. Т.42. №2. С. 136.

А10] A.N.Yablonski у. Band-to-band and direct optical excitation of Er in silicon: Comparison of kinetics, temperature dependence of erbium PL / A.N.Yablonskiy, L.V.Krasilnikova, B.A.Andreev, D.I.Kryzhkov, V.P.Kuznetsov and Z.F.Krasilnik // Physica B: Condensed Matter. 2009. V.404. №23-24. P.4601.

All] А ,Н.Яблонский. Особенности механизмов возбуждения эрбиевой ФЛ в эпитаксиальных структурах Si:Er/Si / А.Н.Яблонский, Б.А.Андреев, Л.В.Красильникова, Д.И.Крыжков, В.П.Кузнецов, З.Ф.Красильник // ФТП. 2010. Т.44. №11. С.1519.

А12] Л.В.Красильникова. Особенности спектров возбуждения и кинетики фотолюминесценции структур Sii-xGex:Er/Si с релаксированным гетерослоем / Л.В.Красильникова, А.Н.Яблонский, М.В.Степихова, Ю.Н.Дроздов, В.Г.Шенгуров, З.Ф.Красильник // ФТП. 2010. Т.44. С. 1527.

А13] Б .А.Андреев. Светоизлучающие структуры на основе кремния, легированного эрбием в процессе сублимационной молекулярно-лучевой эпитаксии / Б.А.Андреев, З.Ф.Красильник, Д.И.Крыжков, В.П.Кузнецов, А.О.Солдаткин, М.В.Степихова, В.Б.Шмагин, А.Н.Яблонский, W.Jantsch, T.Gregorkievicz // Материалы V Российской конференции по физике полупроводников. Нижний Новгород. 10-14 сентября 2001. С.89.

А 14] В .A.Andreev. Er-related luminescence in Si:Er epilayers grown with Sublimation Molecular Beam Epitaxy / B.A.Andreev, Z.F.Krasilnik, D.I.Kryzhkov, V.P.Kuznetsov, V.B.Shmagin, N.A.Sobolev, M.V.Stepikhova, A.N.Yablonsky // Xl-th Feofilov Symposium on Spectroscopy of Crystals Activated by Rare-Earth and Transition Metal Ions. Kazan. September 24-28 2001. Proceedings of SPIE 2002. V.766. P.89-93.

A15] Б .А.Андреев. Эффективность и температурное гашение люминесценции в эпитаксиальных кремниевых структурах, легированных эрбием / Б.А.Андреев, З.Ф.Красильник, Д.И.Курицын, В.П.Кузнецов, С.П.Светлов, М.В.Степихова, В.Ю.Чалков, В.Г.Шенгуров, В.Б.Шмагин, А.Н.Яблонский, W.Yanch, T.Gregorkievicz // Материалы всероссийского совещания "Нанофотоника", Нижний Новгород. 11-14 марта 2002. С.131.

А16] В.Г.Шенгуров. Светоизлучающие эпитаксиальные структуры на основе твердого раствора кремний-германий, легированные эрбием / В.Г.Шенгуров, С.П.Светлов, В.Ю.Чалков,

Б.А.Андреев, З.Ф.Красильник, Ю.Н.Дроздов, А.Н.Яблонский, Б.Я.Бэр // Материалы всероссийского совещания "Нанофотоника". Нижний Новгород. 11-14 марта 2002. С.297. [А17] В .A.Andreev. Quantum efficiency and temperature quenching of the luminescence of uniformly and selectively erbium-doped silicon structures produced by sublimation MBE method / B.A.Andreev, W.Jantsch, Z.F.Krasil'nik, D.I.Kuritzyn, V.P.Kuznetsov, M.V.Stepikhova,

A.N.Yablonsky // Proceedings of the 26th International Conference on the Physics of Semiconductors. Edinburgh. Great Britain. July 29 - August 2 2002. P63. ISBN:0750309245.

A18] Z .F.Krasilnik. Sublimation molecular beam epitaxy grown uniformly and selectively doped Si:Er structures for LEDs and lasers / Z.F.Krasilnik, V.Y.Aleshkin, B.A.Andreev, O.B.Gusev, W.Jantsch, L.V.Krasilnikova, D.I.Krizhkov, V.P.Kuznetsov, E.N.Morozova, V.G.Shengurov, V.B.Shmagin, N.A.Sobolev, M.V.Stepikhova, A.N.Yablonsky // NATO Advanced research workshop "Towards the first silicon laser", Trento, Italy. September 21-26 2002. Book of Abstracts. P.46.

A 19] Б .А.Андреев. Особенности спектров возбуждения фото-люминесценции ионов Ег3+ в эпитаксиальных кремниевых структурах, легированных эрбием / Б.А.Андреев, З.Ф.Красильник, Д.И.Крыжков, А.Н.Яблонский, В.П.Кузнецов, T.Gregorkiewicz, M.A.J.Klik // Материалы всероссийского совещания "Нанофотоника". Нижний Новгород. 17-20 марта 2003. С.343.

А20] М .A.J.Klik. Auger quenching in Si:Er investigated with near- and subbandgap excitation spectroscopy / M.A.J.Klik, T.Gregorkiewicz, A.N.Yablonskiy, B.A.Andreev // Proceedings of MRS Spring Meeting. Symposium I. San Francisco, USA. April 21-24 2003. 17.3. P. 187. [A21] B.A.Andreev. Peculiarities of erbium excitation in sublimation MBE Si:Er structures /

B.A.Andreev, T.Gregorkiewicz, M.A.J.Klik, Z.F.Krasilnik, D.I.Kryzhkov, V.P.Kuznetsov, A.N.Yablonskiy // Proceedings of E-MRS Spring Meeting. Strasbourg, France. June 10- 13 2003.

A22] B.A.Andr eev. Photoexcitation efficiency of Er3+ions in silicon structures as a function of nature, concentration and distribution of optically and electrically active centers / B.A.Andreev, T.Gregorkiewicz, M.Klik, Z.F.Krasilnik, D.I.Kryzhkov, V.P.Kuznetsov, V.B.Shmagin,

A.O.Soldatkin, A.N.Yablonskiy // 22nd International Conference on Defects in Semiconductors. Aarhus, Denmark. 28 July - 1 August 2003. Book of Abstracts II, PA72.

A23] Б .А.Андреев. Спектры возбуждения фотолюминесценции ионов Ег3+ в эпитаксиальных кремниевых структурах / Б.А.Андреев, T.Gregorkiewicz, M.A.J.Klik, З.Ф.Красильник,

B.П.Кузнецов, А.Н.Яблонский // Материалы VI Российской конференции по физике полупроводников. Санкт-Петербург. 27-31 октября 2003. С.435.

А24] В.Я.Алешкин . Эффективность люминесценции в однородно и селективно легированных эрбием эпитаксиальных кремниевых структурах / В.Я.Алешкин, Б.А.Андреев, З.Ф.Красильник, Д.И.Крыжков, В.П.Кузнецов, М.В.Степихова, В.Б.Шмагин, А.Н.Яблонский, T.Gregorkiewicz, W.Jantsch // Материалы VI Российской конференции по физике полупроводников. Санкт-Петербург. 27-31 октября 2003. С.448.

А25] Б.А.Андреев . Спектроскопия возбуждения эрбиевой фотолюминесценции в эпитаксиальных структурах Si:Er и SiGe:Er / Б.А.Андреев, З.Ф.Красильник, В.П.Кузнецов,

A.Н.Яблонский, T.Gregorkiewicz, M.A.J.Klik // Материалы всероссийского совещания "Нанофотоника". Нижний Новгород. 2-6 мая 2004. С.303.

А26] Б.А.Андреев . Люминесцентные свойства структур Si:Er/Si, выращенных методом сублимационной МЛЭ / Б.А.Андреев, З.Ф.Красильник, Д.И.Крыжков, А.Н.Яблонский,

B.П.Кузнецов, T.Gregorkiewicz, M.Klik, N.Q.Vinh // Материалы всероссийского совещания "Нанофотоника". Нижний Новгород. 2-6 мая 2004. С.96.

А27] В .A.Andreev. Excitation spectroscopy of erbium PL in epitaxially grown Si:Er and SiGe:Er structures / B.A.Andreev, Z.F.Krasilnik, V.P.Kuznetsov, A.N.Yablonskiy, T.Gregorkiewicz, M.A.J.Klik // E-MRS Spring Meeting. Strasbourg, France. May 24 - 28 2004. A1-VI.4.

A28] T .Gregorkiewicz. Photonic properties of Er-doped Si multi-nanolayer structures / T.Gregorkiewicz, N.Q.Vinh, M.A.J.Klik, S.Minissale, B.A.Andreev, A.N.Yablonsky // E -MRS-2005 Spring Meeting. Strasbourg, France. May 31 - June 3 2005.

A29] Z .F.Krasilnik. Erbium doped silicon single- and multilayer structures for LED and laser applications / Z.F.Krasilnik, B.A.Andreev, T.Gregorkievicz, W.Jantsch, D.I.Kryzhkov, L.V.Krasilnikova, V.P.Kuznetsov. H.Przybylinska, D.Yu.Remizov, V.B.Shmagin, M.V.Stepikhova, V.Yu.Timoshenko, N.Q.Vinh, A.N.Yablonskiy, D.M.Zhigunov // Proceedings of 2005 MRS Spring Meeting. Symposium V. San Francisco, USA. March 28 - April 1 2005. VI.4. (Invited).

A30] Б .А.Андреев. Люминесцентные свойства редкоземельных элементов в кремнии / Б.А.Андреев, З.Ф.Красильник, Л.В.Красильникова, Д.И.Крыжков, В.П.Кузнецов, Д.Ю.Ремизов, М.В.Степихова, В.Ю.Чалков, В.Г.Шенгуров, В.Б.Шмагин, А.Н.Яблонский // Симпозиум "Нанофизика и наноэлектроника". Нижний Новгород. 13-17 марта 2006. Т.1. С.55.

А31] Б.А.Андр еев. Излучательные свойства примесных центров, связанных с эрбием, в структурах Si:Er/SOI, полученных методом сублимационной молекулярно-лучевой эпитаксии / Б.А.Андреев, З.Ф.Красильник, Д.И.Крыжков, А.Н.Яблонский, В.П.Кузнецов, T.Gregorkiewicz // Материалы Симпозиума "Нанофизика и наноэлектроника". Нижний Новгород. 10-14 марта 2007. С.392.

А32] Б .А.Андреев. Люминесцентные свойства волноводных структур Si:Er/SOI, полученных методом сублимационной МЛЭ / Б.А.Андреев, З.Ф.Красильник, Д.И.Крыжков, А.Н,Яблонский, В.П.Кузнецов, T.Gregorkiewicz // Тезисы докладов VIII Российской конференции по физике полупроводников. Екатеринбург. 30 сентября - 5 октября 2007. С. 128. [АЗЗ] Б .А.Андреев. Эффект электро-оптической памяти (с оптическим выходом на длине волны 1.54 мкм) в структурах Si:Er/Si / Б.А.Андреев, З.Ф.Красильник, Д.И.Крыжков,

A.Н. Яблонский, В.П.Кузнецов, T.Gregorkiewicz, W.Jantsch // Материалы Симпозиума "Нанофизика и наноэлектроника". Нижний Новгород. 10-14 марта 2008. С.489.

А34] Б .А.Андреев. Излучательные свойства эпитаксиальных волноводных структур Si:Er/SOI / Б.А.Андреев, З.Ф.Красильник, Д.И.Крыжков, А.Н.Яблонский, В.П.Кузнецов, T.Gregorkiewicz, Ng.Ng.Ha // Тезисы V Международной конференции "Кремний-2008". Черноголовка. 1 - 4 июля 2008. С.247. [А35] Б .А.Андреев. Запасенная электролюминесценция в диодных структурах Si:Er/Si / Б.А.Андреев, З.Ф.Красильник, Д.И.Крыжков, А.Н.Яблонский, В.П.Кузнецов, T.Gregorkiewicz, W.Jantsch // Тезисы V Международной конференции "Кремний-2008". Черноголовка. 1 - 4 июля 2008. С.249.

А36] Л .В.Красильникова. Спектроскопия возбуждения эрбиевой люминесценции в структурах Si:Er/Si и Sii.xGex:Er/Si / Л.В.Красильникова, А.Н.Яблонский, М.В.Степихова, З.Ф.Красильник,

B.П.Кузнецов, В.Г.Шенгуров // Материалы XIII Международного симпозиума "Нанофизика и наноэлектроника". Нижний Новгород. 16-20 марта 2009. С.362.

А37] В .A.Andreev. Photoluminescence of erbium-doped Si structures grown on SOI by molecular beam epitaxy / B.A.Andreev, Z.F.Krasilnik, D.I.Kryzhkov, V.P.Kuznetsov. A.N.Yablonskiy, T.Gregorkiewicz, N.Ha // 25th International Conference on Defects in Semiconductors. St-Petersburg, Russia. July 20-24 2009. P. 157. [A38] A .N.Yablonskiy. Photoluminescence excitation spectroscopy and time-resolved PL studies of erbium luminescence in epitaxial Si:Er/Si, SiGe:Er/Si and Si:Er/SOI structures / A.N.Yablonskiy, B.A.Andreev, D.I.Kryzhkov, L.V.Krasilnikova, V.P.Kuznetsov, Z.F.Krasilnik // 25th International Conference on Defects in Semiconductors. St-Petersburg, Russia. July 2024 2009. P.249.

A39] Б .А.Андреев. Излучательные свойства эпитаксиальных структур Si:Er/SOI / Б.А.Андреев. З.Ф.Красильник, Д.И.Крыжков, А.Н.Яблонский, В.П.Кузнецов, T.Gregorkiewicz, Ng.Ng.Ha // Тезисы IX Российской конференции по физике полупроводников. Новосибирск-Томск. 28 сентября - 3 октября 2009. С.77.

А40] А .Н.Яблонский. Особенности спектров возбуждения эрбиевой ФЛ в эпитаксиальных структурах Si:Er/Si, SiGe:Er/Si и Si:Er/SOI / А.Н.Яблонский, Л.В.Красильникова, Б.А.Андреев, Д.И.Крыжков, В.П.Кузнецов, В.Г.Шенгуров, З.Ф.Красильник // Тезисы IX Российской конференции по физике полупроводников. Новосибирск-Томск. 28 сентября - 3 октября 2009. С.221.

А41] Л.В.Красильникова . К инетика эрбиевой люминесценции в структурах Si:Er/Si и SiixGex:Er/Si при межзонном и прямом оптическом возбуждении / Л.В.Красильникова,

A.Н.Яблонский, Б.А.Андреев, З.Ф.Красильник, В.П.Кузнецов, В.Г.Шенгуров // Тезисы IX Российской конференции по физике полупроводников. Новосибирск-Томск. 28 сентября - 3 октября 2009. С.215.

А42] В .A.Andreev. Time-resolved electroluminescence, photoluminescence and photoluminescence excitation spectroscopy of the sublimation MBE Si:Er/Si and Si:Er/SOI structures /

B.A.Andreev, Z.F.Krasilnik, L.V.Krasilnikova, D.I.Kryzhkov, K.E.Kudryavtsev, V.P.Kuznetsov, D.V.Shengurov, V.B.Shmagin, A.N.Yablonskiy // Abstracts of the 3rd Workshop on the Impurity Based Electroluminescence Devices and Materials. Barcelona, Spain. 30 September - 3 October 2009. Abstract 14.

A43] L .V.Krasilnikova. Peculiarities of the photoluminescence excitation spectra in Er doped Si and SiGe structures / L.V.Krasilnikova, A.N.Yablonskiy, M.V.Stepikhova, D.V.Shengurov, V.P.Kuznetsov, V.G.Shengurov, Z.F.Krasilnik // Abstracts of the 3rd Workshop on the Impurity Based Electroluminescence Devices and Materials. Barcelona, Spain. 30 September - 3 October 2009. Abstract 60.

A44] А.Н.Яблонски й. Особенности механизмов возбуждения эрбиевой ФЛ в эпитаксиальных структурах Si:Er/Si / А.Н.Яблонский, Б.А.Андреев, Л.В.Красильникова, Д.И.Крыжков, В.П.Кузнецов, З.Ф.Красильник // Материалы XIV Международного симпозиума "Нанофизика и наноэлектроника". Нижний Новгород. 15-19 марта 2010. С.271.

А45] Б.А.Андреев . Излучательные свойства эпитаксиальных структур Si:Er/SOI / Б.А.Андреев, З.Ф.Красильник, Д.И.Крыжков, К.Е.Кудрявцев, В.П.Кузнецов, Д.В.Шенгуров, А.Н.Яблонский, T.Gregorkiewicz, N.N.Ha // Материалы XIV Международного симпозиума "Нанофизика и наноэлектроника". Нижний Новгород. 15-19 марта 2010. С.273.

А46] Л.В.Красильникова . Влияние релаксации упругих напряжений на люминесцентные свойства и процессы возбуждения редкоземельной примеси в эпитаксиальных структурах SiixGex:Er/Si / Л.В.Красильникова, А.Н.Яблонский, М.В.Степихова, В.Г.Шенгуров, З.Ф.Красильник // Материалы XIV Международного симпозиума "Нанофизика и наноэлектроника". Нижний Новгород. 15-19 марта 2010. С.452.

А47] Б.А.Андреев. Светоизлучающие структуры на основе Si:Er для кремниевой оптоэлекгроники / Б.А.Андреев, З.Ф.Красильник, Д.И.Крыжков, В.П.Кузнецов, К.Е.Кудрявцев, В.Б.Шмагин, А.Н.Яблонский // Тезисы докладов VII Международной конференции "Кремний-2010". Нижний Новгород. 6-9 июля 2010г. С.252. Приглашенный доклад.

А48] А ,Н.Яблонский. Особенности механизмов возбуждения эрбиевой фотолюминесценции в эпитаксиальных структурах Si:Er/Si и Si:Er/SOI / А.Н.Яблонский, Б.А.Андреев, Л.В.Красильникова, Д.И.Крыжков, В.П.Кузнецов, Д.В.Шенгуров, З.Ф.Красильник // Тезисы докладов VII Международной конференции "Кремний-2010". Нижний Новгород. 6-9 июля 2010г. С. 148.

А49] Л.В.Красильникова . Особенности возбуждения ионов Ег в структурах Si/SiGe:Er с отрелаксированным гетерослоем / Л.В.Красильникова, А.Н.Яблонский, М.В.Степихова, В.Г.Шенгуров, Ю.Н.Дроздов, З.Ф.Красильник // Тезисы докладов VII Международной конференции "Кремний-2010". Нижний Новгород. 6-9 июля 2010г. С. 142.

А50] А.Н.Яблонски й. Спектры возбуждения люминесценции ионов эрбия в кремнии в условиях интенсивной оптической накачки / А.Н.Яблонский, Б.А.Андреев, Д.И.Крыжков, В.П.Кузнецов, Д.В.Шенгуров, З.Ф.Красильник // Материалы XV Международного симпозиума "Нанофизика и наноэлектроника". Нижний Новгород. 14-18 марта 2011. С.535.

А51] Л.В.Красильникова. Особенности процессов возбуждения редкоземельной примеси эрбия в эпитаксиальных структурах Si/SiixGex:Er/Si / Л.В.Красильникова, М.В.Степихова, А.Н.Яблонский, В.Г.Шенгуров, З.Ф.Красильник // Материалы XV Международного симпозиума "Нанофизика и наноэлектроника". Нижний Новгород. 14 -18 марта 2011. С.490.

А52] Л.В.Красильникова. Процессы возбуждения редкоземельной примеси эрбия в эпитаксиальных структурах Si/Sii.xGex:Er/Si / Л.В.Красильникова, М.В.Степихова,

A.Н.Яблонский, В.Г.Шенгуров, З.Ф.Красильник // X Российская конференция по физике полупроводников. Нижний Новгород. 19-23 сентября 2011.

А53] А.Н.Яблонски й. Спектры возбуждения и кинетика люминесценции ионов эрбия в кремнии в условиях интенсивной оптической накачки / А.Н.Яблонский, Б.А.Андреев, Д.И.Крыжков, В.П.Кузнецов, В.Г.Шенгуров, З.Ф.Красильник // X Российская конференция по физике полупроводников. Нижний Новгород. 19-23 сентября 2011.

А54] B.A.Andr eev. Light-emitting Si:Er/Si, Si:Er/SOI structures grown by sublimation MBE /

B.A.Andreev, Z.F.Krasilnik, K.E.Kudryavtsev, V.P.Kuznetsov, D.V.Shengurov, V.B.Shmagin, A.N.Yablonskiy // E-MRS-2011 Fall Meeting. Warsaw, Poland. September 19-23 2011. Invited.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. A.J.Kenyon. Erbium in silicon. Topical review / A.J.Kenyon I I Semicond. Sci. Technol. 2005. V.20. P.R65.

2. A.Polman. Erbium implanted thin film photonic materials / A.Polman // J. Appl. Phys. 1997. V.82. P.l.

3. T.Suemasu. Room temperature 1.6 pm electroluminescence from a Si-based light emitting diode with 3-FeSi2 active region / T.Suemasu, Y.Hegishi, K.Takakura and F.Hasegawa // Jpn. J. Appl. Phys. 2000. V.39. P.L1013.

4. V.Kveder. Room-temperature silicon light-emitting diodes based on dislocation luminescence / V.Kveder, M.Badylevich, E.Steinman and A.Izotov // Appl. Phys. Lett. 2004. V.84. №12. P.2106.

5. R.Apertz. Photoluminescence and electroluminescence of SiGe dots fabricated by island growth / R.Apertz, L.Vescan, A.Hartmann, C.Dieker, H.Luth // Appl. Phys. Lett. 1995. V.66. P.445.

6. H.Sunamura. Island formation during growth of Ge on Si(100): A study using photoluminescence spectroscopy / H.Sunamura, N.Usami, Y.Shiraki, S.Fukatsu // Appl. Phys. Lett. 1995. V.66. P.3024.

7. S.Brehme. Hall effect and resistivity of P-FeSi2 thin films and single crystals / S.Brehme, P.Lengsfeld, P.Stauss, H.Lange, W.Fuhs // J. Appl. Phys. 1998. V.84. P.3187.

8. A.Rizzi. Heteroepitaxy of beta -FeSi2 on Si by gas-source MBE / A.Rizzi, B.N.E.Rosen, D.Freundt, Ch.Dieker, H.Luth, D.Gerthsen. // Phys.Rev. B. 1995. V.51. P.17780.

9. M.C.Bost. Optical properties of semiconducting iron disilicide thin films / M.C.Bost and J.E.Mahan // J. Appl. Phys. 1985. V.58. P.2696.

10. T.Suemasu. Room temperature 1.6 pm electroluminescence from a Si-based light emitting diode with P-FeSi2 active region / T.Suemasu, Y.Hegishi, K.Takakura, F.Hasegawa // Jpn. J. Appl Phys. 2000. V.39. P.L1013.

11. S.Schuller. Optical and structural properties of P-FeSi2 precipitate layers in silicon / S.Schuller, R.Carius, S.Mantl Hi. Appl. Phys. 2003. V.94. P.207.

12. Э.А.Штейнман. ФЛ и структурные дефекты слоев кремния, имплантированных ионами железа / Э.А.Штейнман, В.И.Вдовин, А.Н.Изотов, Ю.Н.Пархоменко, А.Ф.Борун // ФТТ. 2004. Т.46. С.26.

13. N.A.Sobolev. Correlation between defect structure and luminescence spectra in monocrystalline erbium-implanted silicon / N.A.Sobolev, A.M.Emel'yanov, E.I.Shek, V.I.Vdovin, T.G.Yugova, S.Pizzini // J. Phys.: Condens. Matter. 2002. V.14. P.13241.

14. E.A.Steinman. Dislocation structure and photoluminescence of partially relaxed SiGe layers on Si(001) substrates / E.A.Steinman, V.I.Vdovin, T.G.Yugova, V.S.Avrutin, N.F.Izyumskaya // Semicond. Sci. Technol. 1999. V.14. P.582.

15. P.Schittenhelm. Photoluminescence study of the crossover from two-dimensional to three-dimensional growth for Ge on Si(100) / P.Schittenhelm, M.Gail, J.Brunner, J.F.Nutzel, G.Abstreiter // Appl. Phys. Lett. 1995. V.67. P.1292.

16. А.И.Якимов. Фотодиоды Ge/Si со встроенными слоями квантовых точек Ge для ближней инфракрасной области (1.3-1.5 мкм) / А.И.Якимов, А.В.Двуреченский, А.И.Никифоров, С.В.Чайковский, С.А.Тийс // ФТП. 2003. Т.37. С.1383.

17. S.Tong. Normal-incidence Ge quantum-dot photodetectors at 1.5 цш based on Si substrate / S.Tong, J.L.Liu, J.Wan, and Kang L.Wang // Appl. Phys. Lett. 2002. V.80. P.l 189.

18. K.Eberl. Self-assembling quantum dots for optoelectronic devices on Si and GaAs / K.Eberl, M.O.Lipinski, Y.M.Manz, W.Winter, N.Y.Jin-Phillipp, O.G.Schmidt//Physica E. 2001. V.9. P. 164.

19. J.W.Matthews. Defects in epitaxial multilayers: I. Misfit dislocations / J.W.Matthews and A.E.Blakeslee // Journal of Crystal Growth -1974. V. 27 P. 118-125.

20. S.Fukatsu. Suppression of phonon replica in the radiative recombination of an MBE-grown type-II Ge/Si quantum dot / S.Fukatsu, H.Sunamura, Y.Shiraki, S.Komiyama // Thin Solid Films. 1998. V.321. P.65.

21. В.Я.Алешкин. Самоорганизующиеся наноостровки Ge в Si, полученные методом молекулярно-лучевой эпитаксии / В.Я.Алешкин, Н.А.Бекин, Н.Г.Калугин, З.Ф.Красильник, А.В.Новиков, В.В.Постников, Х.Сейрингер // Письма в ЖЭТФ. 1998. Т.67. С.46.

22. H.Sunamura. Growth mode transition and photoluminescence properties of SiixGex/Si quantum well structures with high Ge composition / H.Sunamura, Y.Shiraki, S.Fukatsu // APL. 1995. V.66. P.953.

23. W.-H.Chang. Effects of spacer thickness on optical properties of stacked Ge/Si quantum dots grown by chemical vapor deposition / W.-H.Chang, W.-Y.Chen, A.-T.Chou, T.-M.Hsu, P.-S.Chen, Z.Pei, L.-S.Lai // J. Appl. Phys. 2003. V.93. P.4999.

24. L.Vescan. Size distribution and electroluminescence of self-assembled Ge dots / L.Vescan, T.Stoica, O.Chretien, M.Goryll, E.Mateeva, A.Muck //J. Appl. Phys. 2000. V.87. P.7275.

25. J.H.Shin. Er-carrier interaction and its effects on the Er3+ luminescence of erbium-doped Si/Si02 superlattices / J.H.Shin, J.-H.Jhe, S.-Y.Seo, Y.H.Ha, D.W.Moon // Appl. Phys. Lett. 2000. V.76. P.3567.

26. Y.H.Ha. Er3+ photoluminescence properties of erbium-doped Si0/Si02 superlattices with subnanometer thin Si layers. Y.H.Ha, S.Kim, D.W.Moon, J.-H.Jhe, J.H.Shin // Appl. Phys. Lett. 2001. V.79. P.287.

27. H.Ennen. 1.54-цт luminescence of erbium-implanted III-V semiconductors and silicon / H.Ennen, J.Schneider, G.Pomrenke, and A.Axman // Appl. Phys. Lett. 1983. V.43. P.943.

28. P.B.Klein. Photoluminescence decay of 1.54 цт Er3+ emission in Si and III-V semiconductors /P.B.Klein, G.S.Pomrenke// Electron. Lett. 1988. V.24. P. 1503.

29. H.Przybylinska. Optically active erbium centers in silicon / H.Przybylinska, W.Jantsch, Yu.Suprun-Belevitch, M.Stepikhova, L.Palmetshofer, G.Hendorfer, A.Kozanecki, R.J.Wilson, B.J.Sealy // Phys. Rev. B. 1996. V.54. P.2532.

30. B.A.Andreev. Observation of Zeeman effect in photoluminescence of Er3+ ion imbedded in crystalline silicon / B.A.Andreev, T.Gregorkiewicz, Z.F.Krasilnik, H.Przybylihska, N.Q.Vinh //PhysicaB: Condensed Matter. 2001. V.308-310. P.340.

31. J.Palm. Electroluminescence of erbium-doped silicon / J.Palm, F.Gan, B.Zheng, J.Michel, L.C.Kimmerling // Phys. Rev. В 1996. V.54. P. 17603.

32. N.Hamelin. Energy backtransfer and infrared photoresponse in erbium-doped silicon p-n diodes / N.Hamelin, P.G.Kik, J.F.Suyver, K.Kikoin, A.Polman, A.Schonecker, F.W.Saris // J. Appl. Phys. 2000. V.88. P.5381.

33. N.Q.Vinh. Concentration of Er3+ ions contributing to 1.5-(дт emission in Si/Si:Er nanolayers / N.Q.Vinh, S.Minissale, H.Vrielinck, T.Gregorkiewicz// Phys. Rev. B. 2007. V.76. P.085339.

34. D.T.X.Thao. Photoluminescence of erbium-doped silicon: Excitation power and temperature dependence / D.T.X.Thao, C.A.J.Ammerlaan, T.Gregorkiewicz.// J. Appl. Phys. 2000. V.88. P.1443.

35. М.С.Бреслер. Экситонный механизм возбуждения ионов эрбия в кремнии / М.С.Бреслер, О.Б.Гусев, Б.П.Захарченя, И.Н.Яссиевич // ФТТ. 1996. Т.38. №5. С.1474.

36. M.Markman. Enchancement of erbium photoluminescence by substitutional C alloying of Si / M.Markman, E.Neufeld, A.Sticht, K.Brunner, G.Abstreiter, Ch.Buchal // Appl. Phys. Lett. 1999. V.75. №.17. P.2584.

37. F.Priolo. The erbium-impurity interaction and its effects on the 1.54 jam luminescence of Er3+ in crystalline silicon / F.Priolo, G.Franzo, S.Coffa, A.Polman, S.Libertino, R.Barklie. D.Carey // J. Appl. Phys. 1995. V.78. P.3874.

38. L.Palmetshofer. / L.Palmetshofer, Yu.Suprun-Belevich, M.Stepikhova // Nucl. Instrum. Methods B. 1997. V.127. P.479.

39. O.B.Gusev. Excitation cross section of erbium in semiconductor matrices under optical pumping / O.B.Gusev, M.S.Bresler, P.E.Pak, I.N.Yassievich, M.Forcales, N.Q.Vinh, T.Gregorkiewicz. // Phys. Rev. B. 2001. V.64. P.075302.

40. D.T.X.Thao. Photoluminescence spectroscopy on erbium-doped and porous silicon / D.T.X.Thao // Ph.D Thesis. University of Amsterdam. Amsterdam. 2000. P.20.

41. N.Q.Vinh. Erbium excitation across the bulk of silicon wafer: an effect of p-n junction at Si/Si:Er interface / N.Q.Vinh, I.N.Yassievich, T.Gregorkiewicz // Physica B. 2001. V.308. P.357.

42. G.Davies. The optical properties of luminescence centres in silicon / G.Davies // Physics reports. 1989. V.176. №3-4. P.83.

43. S.Coffa. Temperature dependence and quenching processes of the intra-4f luminescence of Er in crystalline Si / S.Coffa, G.Franzo, F.Priolo, A.Polman, R.Serna// Phys. Rev. B. 1993. V.49. P.16313.

44. G.N. van den Hoven. Erbium in oxygen-doped silicon: Optical excitation / G.N. van den Hoven, J.H.Shin, A.Polman, S.Lombardo, S.U.Campisano //J. Appl. Phys. 1995. V.78. P.2642.

45. V.V.Emtsev Jr. Effects of oxygen coimplantation on the formation of donor centers in erbium-implanted silicon / V.V.Emtsev Jr, D.S.Poloskin, E.I.Shek, N.A.Sobolev, L.C.Kimerling // Mater. Sci. Eng. B. 2001. V.81. P.74.

46. J.R.Heynes. Experimental proof of the existence of a new electronic complex in silicon / J.R.Heynes //Phys. Rev. Lett. 1960. V.4. P.361.

47. S.Coffa. Direct evidence of impact excitation and spatial profiling of excited Er in light emitting Si diodes / S.Coffa, G.Franzo, F.Priolo, A.Pacelli, A.Lacaita // Appl. Phys. Lett. 1998. V.73. P.93.

48. M.Markman. Excitation efficiency of electrons and holes in forward and reverse biased epitaxially grown Er-doped Si diodes / M.Markman, E.Neufeld, A.Sticht, K.Brunner, G.Abstreiter //Appl. Phys. Lett. 2001. V.78. №.2. P.210.

49. J.F.Nutzel. Comparison of P and Sb as n-dopants for Si molecular beam epitaxy / J.F.Nutzel, G.Abstreiter // J. Appl. Phys. 1995. V.78. P.937.

50. В.П.Кузнецов. Особенности метода сублимационной молекулярно-лучевой эпитаксии Si и его возможности при получении структуры Si:Er/Si / В.П.Кузнецов, Р.А.Рубцова // ФТП. 2000. Т.34. С.519.

51. E.A.Uskova//Journal of Crystal Growth. 1999. V.201/202. P.534.

52. M.Stepikhova. Uniformly and selectively doped silicon: erbium structures produced by the sublimatiom MBE method / M.Stepikhova, B.Andreev, Z.Krasifnik, A.Soldatkin, V.Kuznetsov, O.Gusev // Meteríais Science and Engineerig В 2001. V.81. P.67.

53. R.Serna. Incorporation and optical activation of erbium in silicon using molecular beam epitaxy. R.Serna, J.H.Shin, M.Lohmeier, E.Vlieg, A.Polman, P.F.A.Alkemade // J. Appl. Phys. 1996. V.79. P.2658.

54. A.Dargys. Handbook on physical properties of Ge, Si, GaAs and InP / A.Dargys, J.Kundrotas // Science and encyclopedia publishers. Vilnius. 1994.

55. F.Priolo. Excitation and nonradiative deexcitation processes of Er3+ in crystalline Si /

56. F.Priolo, G.Franzo, S.Coffa, A.Carnera//Phys.Rev.B. 1998. V.57. P.4443.

57. M.A.Green. Efficient silicon light-emitting diodes. M.A.Green, J.Shao, A.Wang, P.J.Reece and M.Gal // Nature. 2001. V.412. P.805.

58. K.L.Shaklee. Valley-orbit splitting of free excitons? The absorption edge of Si / K.L.Shaklee and R.E.Nahory // Phys. Rev. Lett. 1970. V.24. P.942.

59. S.Lanzerstorfer. Er-doped materials for optical and optoelectronic applications for Infrared Region at wavelength 1.54 jim / S.Lanzerstorfer // Ph.D Thesis. 1999. Linz, Austria.

60. M.Suezawa. Nitrogen-oxygen complexes as shallow donors in silicon crystals / M.Suezawa, K.Sumino, H.Harada, T.Abe // Jpn. J. Appl. Phys. 1986. V.25. P.L859.

61. M.L.W.Thewalt. Thermal-donor-related isoelectronic center in silicon which can bind up to four excltons / M.L.W.Thewalt, A.G.Steele, S.P.Watkins // Phys. Rev. Lett. 1986. V.57. P. 1939.

62. M.A.Lourenco. Extraordinary optical gain from silicon implanted with erbium / M.A.Lourenco, R.M.Gwilliam, and K.P.Homewood // Appl. Phys. Lett. 2007. V.91. P. 141122.

63. M.A.Gad. Loss measurements of Er-doped silicon-on-insulator waveguides / M.A.Gad, J.H.Evans-Freeman, N.Cinosi, J.Sarma // Materials Sci. & Engineering B. 2003. V.105. P.78.

64. N.Q.Vinh. Optical properties of a single type of optically active center in Si/Si:Er nanostructures / N.Q.Vinh, H.Przybylinska, Z.F.Krasilnik, T.Gregorkiewicz // Phys. Rev. B. 2004. V.70. P. 115332.

65. В.Я.Алешкин. О возможности создания лазера на центрах Ег3+ в кремнии / В.Я.Алешкин, Б.А.Андреев, З.Ф.Красилъник // Материалы совещания "Нанофотоника", Н.Новгород, Россия, 11-14 марта 2002, Р.289-292.

66. N.N.Ha. Optical gain of the 1.54 um emission in MBE-grown Si:Er nanolayers / N.N.Ha, K.Dohnalova, T.Gregorkiewicz, J.Valenta // Phys. Rev. B. 2010. V.81. P.195206.

67. N.F.Mott. Metal-insilator transitions / N.F.Mott // Barnes and Nobel, New York, 1974.

68. J.Shah. Investigation of exciton-plasma Mott transition in Si / J.Shah, M.Combescot, A.H.Dayem//Phys. Rev. Lett. 1977. V.38. P. 1497.

69. W.C.Dash. Intrinsic optical absorption in single-crystal germanium and silicon at 77 К and 300 К / W.C.Dash, R.Newman//Phys. Rev. 1955. V.99. P.1151.

70. H.A.Weakliem. Temperature dependence of the optical properties of silicon / H.A.Weakliem, D.Redfield // J. Appl. Phys. 1979. V.50. P. 1491.

71. L.M.Smith. Time-resolved study of electron-hole plasmas near the liquid-gas critical point in Si: Evidence for a second condensed phase / L.M.Smith and J.P.Wolfe. // Phys. Rev. B. 1995. V.51. P.7521.

72. P.J.Dean. New radiative recombination processes involving neutral donors and acceptors in silicon and germanium / P.J.Dean, J.R.Haynes, and W.F.Flood // Phys. Rev. 1967. V. 161. P.711.

73. G.S.Mitchard. Photoluminescence of Si-rich Si-Ge alloys / G.S.Mitchard and T.C.McGill // Phys. Rev. B. 1982. V.25. №8. P.5351.

74. A.F.Dite. Gas-liquid phase diagram in a nonequilibrium electron-hole system in silicon / A.F.Dite, V.D.Kulakovskii, V.B.Timofeev//JETP. 1977. У .12. P. 1156.

75. F.J.Rogers. Bound Eigenstates of the Static Screened Coulomb Potential / F.J.Rogers, H.C.Graboske, Jr., and D.J.Harwood // Phys. Rev. A 1970. V.l. P. 1577.

76. R.B.Hammond. Temperature dependence of the exciton lifetime in high-purity silicon / R.B.Hammond, R.N.Silver//Appl. Phys. Lett. 1980. V.36. P.68.

77. J.H.Shin. Direct experimental evidence for trap-state mediated excitation of Er3+ in silicon / J.H.Shin, G.N. van den Hoven, A.Polman // Appl. Phys. Lett. 1995. V.67. P.377.

78. T.Gregorkiewicz, I.Tsimperidis, C.A.J.Ammerlaan, F.P.Widdershoven, N.A.Sobolev // Rare Earth Doped Semiconductors II, ed. by S.Coffa, A.Polman, and R.N.Schwarz. (Materials Research Society. Pittsburgh, PA, 1996, P.207).

79. H.Przybylinska. The role of oxygen in optical activation of Er implanted in Si / H.Przybylinska, G.Hendorfer, M.Bruckner, W.Jantsch, L.Palmetshofer // J. Alloys Compd. 1995. V.225. P.555.

80. A.Taguchi. Evaluation of the energy-transfer rate between an Er 4f shell and a Si host in Er-doped Si / A.Taguchi, K.Takahei, M.Matsuoka, S.Tohno // J. Appl. Phys. 1998. V.84. №8. P.4471.

81. T.Suzuki. Time-resolved formation of excitons and electron-hole droplets in Si studied using terahertz spectroscopy / T.Suzuki and R.Shimano. // Phys. Rev. Lett. 2009. V.l03. P.057401.

82. W.L.Ng. Photoluminescence and photoluminescence excitation spectroscopy of Er-doped Si prepared by laser ablation / W.L.Ng, M.P.Temple, P.A.Childs, F.Wellhofer, K.P.Homewood // Appl. Phys. Lett. 1999. V.75. №1. P.97.

83. M.A.J.Klik. Excitation of Si:Er with sub-band-gap energies / M.A.J.Klik, T.Gregorkiewicz //PhysicaB. 2001. V.308-310. P.348.

84. I.Izeddin. Donor-state-enabling Er-related luminescence in silicon: direct identification and resonant excitation / I.Izeddin, M.A.J.Klik, N.Q.Vinh, M.S.Bresler, T.Gregorkiewicz. // Phys. Rev. Lett. 2007. V.99. P.077401.

85. G.G.Macfarlane. Fine Structure in the Absorption-Edge Spectrum of Si / G.G.Macfarlane, T.P.McLean, J.E.Quarrington and V.Roberts // Phys. Rev. 1958. V.l 11. P.1245.