ИК-фотолюминесценция плёнок GexSiyOz: вклад дефектов и нанокластеров германия

Нанокристаллы и аморфные нанокластеры кремния и германия в диэлектрических плёнкахинтересны как с фундаментальной точки зрения (квантовые точки), так и для применения в нано- иоптоэлектронике, а также в элементах энергонезависимой памяти. Недавно в плёнкахгерманосиликатного нестехиометрического стекла GexSiyOz была обнаружена фотолюминесценция вИК диапазоне, предположительно обусловленная дефектами (избыточными атомами германия) [1].Нестехиометрические оксидные плёнки двух типов GeO[SiO] и GeO[SiO2] были получены соиспарением порошков GeO2 и либо SiO, либо SiO2 в высоком вакууме, и напылением на холоднуюподложку Si(001). Исходные и подвергнутые отжигам (550 и 650 oC, 1 час) образцы исследовалиметодами ИК-спектрокопии, электронной микроскопии, спектроскопии комбинационного рассеяниясвета (КРС) и фотолюминесценции (ФЛ).Из анализа спектров КРС установлено, чтоисходная плёнка GeO[SiO2] не содержала кластеровгермания, а исходная плёнка GeO[SiO] содержалакластеры аморфного германия. По данным ИКспектроскопии, плёнки содержали Si-O, Ge-O и Si-OGe связи. После отжига 550 oC в обеих плёнках былиобнаружены кластеры аморфного германия, а послеотжига 650 oC в них были обнаруженынанокристаллы германия.В исходных плёнках обнаруженафотолюминесценция с максимумом 1050 нм (см.рис.)при низких температурах, вероятно связанная сдефектами – вакансиями кислорода и избыточнымиатомами германия. Отжиги вызываюттрансформацию структуры плёнок, и,соответственно, меняют вид спектров ФЛ. В плёнках,содержащих нанокластеры германия, наблюдаетсяФЛ с максимумом 1500-1600 нм (см.рис.). При этомуменьшился сигнал ФЛ от дефектов. Исследованатемпературная зависимость интенсивности пиковФЛ, она падала с ростом температуры, нопроявлялась при температурах до 200 K.