[
На правах рукописи
Кудрявцев Константин Евгеньевич
ОСОБЕННОСТИ ЭЛЕКТРОЛЮМИНЕСЦЕНЦИИ
Er-СОДЕРЖАЩИХ ЦЕНТРОВ
С ЛИНЕЙЧАТЫМИ СПЕКТРАМИ ИЗЛУЧЕНИЯ
В КРЕМНИЕВЫХ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СТРУКТУРАХ
05.27.01 – твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на квантовых эффектах
Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук
Нижний Новгород - 2013
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте физики микроструктур Российской академии наук (ИФМ РАН)
Научный руководитель: Шмагин Вячеслав Борисович, кандидат химических наук, старший научный сотрудник
Официальные оппоненты: Гусев Олег Борисович, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН Демидов Евгений Сергеевич, доктор физико-математических наук, профессор, заведующий кафедрой электроники твердого тела ННГУ им. Н.И. Лобачевского
Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Казанский физико-технический институт им. Е.К. Завойского КазНЦ РАН
Защита состоится 26 декабря 2013 г. в 16 часов на заседании диссертационного совета Д 002.098.01 при Институте физики микроструктур РАН (607680, Нижегородская обл., Кстовский район, д. Афонино, ул. Академическая, д. 7).
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИФМ РАН.
Автореферат разослан “25” ноября 2013 г.
Ученый секретарь Диссертационного совета д.ф.-м.н., профессор Гайкович К.П.
Общая характеристика работы
Актуальность темы Внутрицентровая люминесценция ионов эрбия в кремнии является одним из интенсивно развиваемых подходов к созданию светоизлучающих структур для кремниевой фотоники. Преимущества данного подхода обусловлены температурной стабильностью и малой шириной линии излучения ионов редкоземельных элементов, в том числе, эрбия, внедренных в полупроводниковую матрицу. Преимущественный интерес к эрбию связан с тем, что линия основного перехода 4I13/24I15/2 в спектре излучения иона Er3+ (~1.5 мкм) попадает в полосу максимальной прозрачности кварцевых оптоволоконных линий связи.
Особенности технологии и оптические свойства светоизлучающих структур на основе Si:Er исследовались во множестве работ, опубликованных за последние два десятилетия (см. обзорные работы [1, 2, 3]), большая часть которых посвящена исследованию структур, полученных имплантацией эрбия и некоторых сопутствующих элементов (O, C, F и др.) в кремниевую подложку. Успехи последних лет, однако, связаны с развитием эпитаксиальных методов роста структур Si:Er/Si и, прежде всего, метода сублимационной молекулярно-лучевой эпитаксии (СМЛЭ) [4].
СМЛЭ структуры Si:Er/Si характеризуются высокой интенсивностью люминесценции эрбия и, что более важно, возможностью селективного формирования излучающих центров с заданными свойствами, в том числе, излучающих центров с атомно-узкими линиями люминесценции [5].
Вместе с тем, имеется ряд нерешенных проблем, препятствующих созданию светодиодных, в том числе, лазерных структур на основе Si:Er, эффективно излучающих при комнатной температуре. К числу таких проблем, прежде всего, следует отнести сильное температурное гашение эрбиевой люминесценции.
Физические процессы, ответственные за температурное гашение люминесценции ионов эрбия, несмотря на пристальное внимание к ним научного сообщества, исследованы недостаточно. Сложность проблемы усугубляется разнообразием излучающих центров, формируемых в слоях Si:Er при росте светоизлучающих структур. Излучающим центрам с различной внутренней структурой присущи специфические особенности возбуждения и девозбуждения, исследование которых требует структур Si:Er/Si с преобладанием определенного типа излучающих центров.
Данная работа развивает представления об особенностях возбуждения, температурного гашения и безызлучательной релаксации Er-содержащих излучающих центров с линейчатой структурой спектра люминесценции. Такие центры, в отличие от центров преципитатного типа, характеризуются атомно-узкими линиями люминесценции и более перспективны для возможных практических приложений.
Степень разработанности темы исследований Большая часть исследований светоизлучающих структур Si:Er/Si выполнена в отношении излучающих центров преципитатного типа с широкой (~50 см–1) неоднородно уширенной линией излучения. Меньшая степень изученности Erсодержащих центров с линейчатыми спектрами люминесценции (ширина линий
«