Сравнительный анализ люминесценции слоев n-Ge, выращенных на Ge(001) и Si(001) подложках / Новиков А.В., Юрасов Д.В., Байдакова Н.А., Бушуйкин П.А., Андреев Б.А., Алешкин В.Я., Юнин П.А., Яблонский А.Н., Красильник З.Ф.

Легированные донорами слои Ge, сформированные на Si, являются перспективным материаломкремниевой оптоэлектроники и плазмоники. Это связано с тем, что легирование донорами за счетроста заселенности электронных состояний в Г-долине позволяет увеличить эффективностьизлучательной рекомбинации носителей заряда в Ge. При этом установлено существенное различиеспектров фотолюминесценции (ФЛ) эпитаксиальных n-Ge/Si(001) структур и объемного Ge, котороесвязывается с различными причинами [1]. Однако сравнение ФЛ n-Ge/Si слоев с ФЛ объемного Geпредставляется не корректным из-за различий в толщинах, условий формирования и уровней ихлегирования. В настоящей работе для установления влияния на излучательные свойства слоев n-Geконцентрации доноров, упругих напряжений и дефектов впервые выполнены сравнительныеисследования ФЛ легированных сурьмой слоев n-Ge, выращенных на Si(001) и Ge(001) подложках.Слои Ge, легированные Sb, были выращены методом МПЭ. При росте гомоэпитаксиальныхструктур на Ge(001) подложках осаждение слоев Ge:Sb проводилось на тонком Ge буфере. В случаероста на Si(001) формирование слоев Ge:Sb было выполнено на 500 нм релаксированном Ge буфере сплотностью прорастающих дефектов ~ 5*107 см-2 [2]. По данным ВИМС содержание Sb в слояхGe:Sb, выращенных на различных подложках, варьировалось от NSb ~1018 см-3 до 2*1020 см-3.Концентрация электронов, определенная из транспортных измерений, рентгенодифракционногоанализа и спектров отражения [2] показала полную электрическую активацию примеси до NSb = (7-8)*1019 см-3 и ее падение до 50% для NSb ~2*1020 см-3. Люминесцентные исследования, выполненныепри комнатной температуре, показали, что при всех исследованных NSb в сигнал ФЛ слоевGe:Sb/Ge(001), в отличие от слоев Ge:Sb/Si(001), значительный вклад дают непрямые оптическиепереходы. Данный факт связывается с большим временем жизни носителей заряда вгомоэпитаксиальных структурах Ge:Sb/Ge вследствие отсутствияв них дефектов кристаллической решетки, связанных срелаксацией упругих напряжений. Установлено, чтозначительное возрастание вклада прямых оптических переходовв общий сигнал ФЛ слоев Ge:Sb/Ge(001), наблюдаемое приувеличении NSb, вызвано ростом заселенности электронныхсостояний в Г-долине. Выявлено, что значительное влияние наизлучательные свойства Ge:Sb слоев с частичной электрическойактивацией примеси, выращенных на различных подложках,оказывают центры безызлучательной рекомбинации, которымимогут являться кластеры примесных атомов. Расчеты зоннойдиаграммы Ge:Sb структур и моделирование их спектров ФЛпозволили выявить количественные изменения ширин прямой и непрямой запрещенных зон в Ge,вызванные эффектом их перенормировки при легировании.