Электронно-дырочная жидкость и экситонные молекулы в низкоразмерных гетероструктурах Si/SiGe/Si тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.07, кандидат физико-математических наук Шепель, Денис Вячеславович

• Шепель, Денис Вячеславович
• кандидат физико-математических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Шепель, Денис Вячеславович

СОДЕРЖАНИЕ

стр.

Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1. Полупроводниковая система Si-Ge. Гетероструктуры на основе Si-Ge

1.2. Элементарные и коллективные возбуждения неравновесной электронно-дырочной системы в кремнии и германии

1.3. Экситонные молекулы в кремнии и германии

1.4. Электронно-дырочная жидкость в объёмном кремнии и германии и гетероструктурах Si/Sii_xGex/Ge с трехмерными слоями твердого раствора

Глава 2. Структурные и оптические свойства наногетероструктур Si/Sii_.vGex/Si

2.1. Образцы и методики измерений

2.1.1. Выращивание гетеронаноструктур методом молекулярно-пучковой эпитаксии

2.1.2. Рентгеновская дифрактометрия. 51 2.1.3 Измерение спектров комбинационного рассеяния света

2.1.4. Просвечивающая электронная микроскопия

2.1.5. Установка для исследования спектров фотолюминесценции в ближней инфракрасной и видимой области спектра

2.2. Влияние структурных несовершенств, возникающих при гетероэпитаксиальном росте напряженного SiGe-слоя наноструктуры Si/SiGe/Si, на ее оптические свойства

2.3. Структурные свойства и экситонный спектр наногетероструктур Si/Sii.xGex/Si с частично релаксированными слоями твердого раствора

Глава 3. Условия образования и свойства электронно-дырочной жидкости в

квазидвумерных слоях SiGe наноструктур Si\Sii_xGex\S¡ 74 3.1. Влияние зонных параметров Si/SiGe/Si гетероструктуры с трехмерными

слоями SiGe на образование ЭДЖ

3.2. Экспериментальное обнаружение квазидвумерной ЭДЖ в слоях 810е кремниевых гетероструктур

3.3. Определение плотности, компонентного состава и энергии связи квазидвумерной ЭДЖ из анализа формы линии фотолюминесценции

3.4. Результаты исследований ЭДЖ в видимой области спектра методом четырёхчастичной рекомбинации

Глава 4. Биэкситоны в квазидвумерных слоях 81Се кремниевых

гетероструктур 81/81Се/81 II рода

4.1. Экспериментальное обнаружение линий излучения экситонных молекул в ближней инфракрасной области спектра

4.2. Результаты исследований в видимой области спектра при четырёхчастичной рекомбинации неравновесных носителей заряда

4.3. Анализ однородности состава слоя твердого раствора по фотолюминесценции локализованных биэкситонов

Заключение

Список цитированной литературы

Список работ автора по теме диссертации

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Электронно-дырочная жидкость и экситонные молекулы в низкоразмерных гетероструктурах Si/SiGe/Si»

Введение

Актуальность темы

Имеется широкая область экспериментально почти неизученных проблем, связанных с межчастичными взаимодействиями в низкоразмерных экситонных и электронно-дырочных системах высокой плотности. Одним из наиболее ярких коллективных явлений, изученных в объемных полупроводниках, но практически неизученных в низкоразмерных системах, является конденсация экситонов в электронно-дырочную жидкость (ЭДЖ), впервые предсказанная Л. В. Келдышем [1]. ЭДЖ представляет собой макроскопическую квантовую ферми-жидкость, в которой почти свободные электроны и дырки удерживаются внутренними силами кулоновского происхождения. ЭДЖ обладает рядом необычных свойств, например, возможностью переноса энергии по кристаллической решетке без какого-либо ее нарушения; в ряде работ было высказано предположение, что ЭДЖ должна обладать сверхпроводимостью и сверхтекучестью. К середине 1980-х годов было выполнено большое число теоретических и экспериментальных работ по конденсации экситонов и установлены основные свойства ЭДЖ в объемных полупроводниках и, прежде всего, в германии и кремнии, где благодаря многодолинности электронного спектра стабильность жидкости высока и фазовый переход экситонный газ - ЭДЖ изучен наиболее полно (см. обзоры [2-7]).

Тема диссертационной работы состояла в исследовании основных характеристик этого фазового перехода в гетероструктурах 81/811 .^Ое^/З! с квазидвумерными слоями твердого раствора Зи^Ое*. Предстояло выяснить, существует ли квазидвумерная ЭДЖ и, если существует, то каковы ее свойства. В литературе вплоть до последнего времени не имелось надежных сведений о наблюдении ЭДЖ в квантово-размерных структурах, хотя обнаружение этого явления имело бы существенный научный интерес для физики коллективных явлений в низкоразмерных электронно-дырочных системах. По аналогии с объемными полупроводниками следовало ожидать, что это явление следует искать в нанострук-

4

турах на основе гетеропары Si/Ge, в которых исследования должны быть наиболее информативными. Однако первой (и единственной до настоящей работы) гетеросистемой, в которой была обнаружена ЭДЖ, оказалась гетеросистема Si/SiCh/Si 1-го рода с квазидвумерным окисным слоем SÍO2, образующим на зонной диаграмме гетероструктуры квантовую яму (КЯ) [8, 9]. Гетеросистема Si/Sii_xGex/Si предоставляет более широкие экспериментальные возможности. В отличие от гетеросистемы Si/SKVSi в гетероструктурах Si/Sii_xGex/Si для реализации размерного квантования возможно изменение не только ширины КЯ (то есть толщины Sii_xGex - слоя), но также и глубины КЯ, путем изменения состава х, определяющего величины разрыва зон на гетерогранице Si/Si i-xGex.

В работах [10, 11], выполненных в ФИАН-е до начала данной диссертационной работы, была обнаружена и исследована конденсация экситонов в ЭДЖ в напряжённых Sii-xGex-слоях гетероструктур Si/Sii_xGex/Si (х ~ 0.05). В этих работах толщина Sii_xGex-слоев d составляла 25-70 нм, то есть значительно превышала величину боровского радиуса экситона ах (в объемном кремнии ах~ 5 нм). По этой причине наблюдавшаяся ЭДЖ была трехмерной и по своим свойствам практически не отличалась от ЭДЖ в объемном од-ноосно деформированном кремнии [2-7]. Таким образом, вопрос о существовании квазидвумерной ЭДЖ в наноструктурах на основе кремния и германия оставался открытым до начала выполнения диссертационной работы.

Спектр возбуждений в гетероструктурах Si/Sii„xGex/Si изучен в мировой литературе весьма подробно при содержании Ge в слое х > 0.1. Однако данных о структурных и оптических свойствах структур с составом с х < 0.1 до начала выполнения диссертационной работы практически не было. В литературе до наших работ молчаливо предполагалось, что состав слоя со столь малым содержанием Ge не представляет интереса [12-15]. Это оказалось не так. Квазидвумерная ЭДЖ, излучение квазидвумерных биэкситонов (в напряженных слоях), обнаружение экситонов локализованных на гетерогранице (в частично

редактированных слоях) были обнаружены нами именно в структурах Si/Sii_.YGex/Si такого состава.

Кремний и соединения кремния с германием являются основными материалами современной наноэлектроники. Уменьшение толщины слоев в гетероструктурах на основе этих материалов до квантово-размерных величин, обусловленное потребностями практики, приводит к возникновению новых свойств, не наблюдавшихся или слабо проявляющихся в объемных материалах. Изучение этих свойств актуально для практических приложений.

Напряженный слой твердого раствора Si].xGex в кремниевой гетероструктуре образует довольно глубокую потенциальную яму для дырок в валентной зоне. Такие слои широко используются в кремниевой интегральной технологии, в частности, для создания высокочастотных гетеро-биполярных транзисторов, а также для создания /»-канала КМОП -элементов интегральных схем. Несмотря на растущую важность для практики этих гете-роструктур, в мировой научной литературе [12 - 23] до сих пор встречаются противоречивые утверждения о величине и даже о знаке разрыва зоны проводимости на гетерогранице Sii_xGex/Si (то есть фактически о типе гетероструктуры). Исследование конденсации экси-тонов в слое Si;-A-GeA- при изменении х позволило в настоящей работе не только определить свойства ЭДЖ и условия ее образования в зависимости от состава слоя, но также получить дополнительные данные об экситонном спектре и типе гетероструктуры, что очевидно важно для разработки новых приборов наноэлектроники. Действительно, если слой твердого раствора в Si/Sii^-Ge^/Si структуре образует потенциальную яму не только для дырок, но и для электронов, то экситоны в слое будут пространственно прямыми. Если же слой твердого раствора образует барьер в зоне проводимости, выталкивающий электроны в соседние слои Si, то будут образовываться пространственно непрямые экситоны. Пороговые характеристики по плотности возбуждения и температуре для образования ЭДЖ в этих двух случаях различны, что позволило определить знак разрыва зоны проводимости

на гетерогранице Sii.xGex/Si. Оказалось, что Si/Sii.xGex/Si гетероструктура при любой концентрации германия х является гетероструктурой II рода, в которой слой Sii^Ge* образует барьер для электронов.

Основные цели и задачи диссертации

Цель диссертационной работы состояла в исследовании методом низкотемпературной фотолюминесценции (ФЛ) энергетического спектра многочастичных возбуждений в наноструктурах Si/ Si^Ge* /Si с квазидвумерным слоем твердого раствора Sii_xGex. В исследовании свойств и условий образования квазидвумерных электронно-дырочной жидкости (ЭДЖ), электронно-дырочной плазмы (ЭДП) и биэкситонов в указанных структурах.

Для реализации этой цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Отработать технологию выращивания Si/Sii.xGex/Si гетероструктур, с толщиной слоев твердого раствора SiGe в диапазоне отвечающему переходу от трехмерного 3D к двумерному 2D случаю. С этой целью планировалось вырастить высококачественные структуры с толщиной d слоя SiGe от 70 нм (d»ax) до 2 нм (d<ax). Задача состояла в том, чтобы при примерно одинаковой глубине потенциальной ямы (для дырок), то есть при примерно одинаковом составе х, проследить изменение свойств ЭДЖ и ЭДП с уменьшением толщины слоя SiGe от величин 50-70 нм, вплоть до величин d, при которых энергия размерного квантования превышает характерные энергии Ферми для дырок в ЭДЖ или ЭДП. Тем самым, предполагалось решить одну из основных целей,- выяснить, существует ли двумерная ЭДЖ в Si/Sii_xGex/Si- наноструктурах.

2. Провести диагностику выращенных наноструктур с помощью просвечивающей электронной микроскопии (ТЕМ), рентгеновской дифрактометрии, по спектрам ФЛ и комбинационного рассеяния света (КРС). По энергетическому сдвигу линий спектра ФЛ при увеличении уровня возбуждения предполагалось определить тип структуры (ковари-антный или контравариантный) при выбранном составе и напряжениях в слоях. По спек-

трам КРС предполагалось определить степень релаксации напряжений в тонких слоях 810е.

Увеличение толщины слоя й, а также увеличение содержания Ое в слое, приводит к возрастанию напряжений несоответствия, обусловленных различием постоянных решеток подложки (81) и слоя (81ьхОеЛ). При заданной величине х повышение толщины приводит, начиная с некоторых значений с1, сначала к возникновению незначительных структурных несовершенств, а при превышении некоторой критической толщины к появлению дислокаций несоответствия. Дислокации несоответствия открывают как излучательный, так и безызлучательный каналы рекомбинации и препятствуют увеличению плотности эксито-нов, необходимому для образования ЭДЖ при возбуждении. По этой причине основное внимание в работе уделено структурам с небольшим содержанием Ое, х <0.1. Однако даже при х ~ 0.1, при толщине (I > 40 нм, слой твердого раствора попадает в метастабильную область для упругой деформации и становится частично релаксированным. Одна из задач диссертационной работы состояла в изучении влияния несовершенств, вызванных напряжениями несоответствия, на оптические свойства и процесс зарождения ЭДЖ в таких структурах.

3. Методом низкотемпературной ФЛ исследовать поведение системы экситонный газ-ЭДЖ и изменение основных термодинамических параметров (плотности, критической температуры, энергии связи) жидкости при переходе от размерности ЗБ к 2Б. В структурах, в которых конденсация сохранится в квантово-размерных слоях, исследовать параметры ЭДЖ и фазового перехода, критические параметры, переход ЭДЖ-ЭДП вблизи критической точки, влияние размерного квантования и внутренних напряжений на фазовый состав жидкости. В структурах, в которых ЭДЖ не будет наблюдаться в квантово-размерных слоях, выявить условия и, возможно, причины, вследствие которых отсутствует конденсация; изучить изменение электронного спектра структуры и свойств неравновесной электронно-дырочной системы (в том числе, экситонных) при уменьшении шири-

ны квантовой ямы. Изучить влияние внутренних напряжений и межчастичных взаимодействий на эти свойства (в частности, на изменение разрыва зоны проводимости на интерфейсе и перестройку экситонного спектра).

Научная новизна работы

Поставленные цели работы были полностью выполнены, получены следующие новые результаты:

1. В квантово-размерных SiGe-слоях гетероструктур Si/Sii-xGex/Si с низким содержанием германия (х < 0.09) обнаружена квазидвумерная электронно-дырочная жидкость. Показано, что ЭДЖ состоит из квазидвумерных тяжелых дырок на уровнях размерного квантования в потенциальной яме валентной зоны SiGe- слоя и квазитрехмерных электронов из Д4- долины зоны проводимости. Определена плотность такой квазидвумерной ЭДЖ, ее энергия связи по отношению к экситонному газу. Оценена критическая температура перехода экситонный газ - ЭДЖ. Показано, что газовая фаза состоит из экситонов и экситонных молекул. Квазидвумерная ЭДЖ была обнаружена методом спектроскопии фотолюминесценции как в ближней инфракрасной области спектра при одноэлектронных переходах, так и в видимой области. Фотолюминесценция в видимой области возникает при двухэлектронных переходах, возможных только в многочастичных возбужденных состояниях (биэкситоны, ЭДП, ЭДЖ) и является независимым доказательством наличия таких состояний.

2. На основании исследований экситонной системы при высоких уровнях возбуждения в гетероструктурах Si/Si].xGex/Si с напряженными Sii^Ge^-слоями толщиной от 2 нм до 70 нм и концентрацией германия 5-25 % показано, что указанная структура представляет собой гетероструктуру Н-го рода с барьером для электронов в зоне проводимости и ямой для дырок в валентной зоне.

3. Установлены требования к зонным параметрам структуры, при выполнении которых возможно образование ЭДЖ и биэкситонов в квазидвумерных слоях гетерострук-

тур II рода. Показано, что если барьер, образованный слоем SiGe в зоне проводимости, узкий и невысокий, волновая функция электронов проникает в него (барьер туннельно-прозрачный) и неравновесные электроны, также как и дырки оказываются в SiGe- слое, образуя пространственно-прямые экситоны, которые при увеличении плотности, при низких температурах, образуют ЭДЖ. В структурах этого типа при невысоком уровне накачки в температурном диапазоне 12К< Т < 23К обнаружено излучение свободных биэксито-нов.

4. Показано, что при увеличении высоты и ширины барьера в зоне проводимости барьер становится туннельно-непрозрачным. Электроны не могут проникнуть в слой SiGe и образуют с дырками пространственно непрямые экситоны с электронами, локализованными в Si-слое и дырками в слое SiGe. Аналога такой системе в объемных материалах нет, поэтому исследования возбуждений в системе пространственно непрямых экситонов в гетероструктурах Si/Si i-xGex/Si являются новыми. В гетероструктурах с туннельно-непрозрачным барьером для электронов, при невысоком уровне возбуждения обнаружено излучение пространственно непрямых локализованных биэкситонов, которое наблюдалось вплоть до температуры 15 К. Показано, что вследствие диполь-дипольного отталкивания пространственно непрямых биэкситонов, они локализуются в потенциальных ямах, обусловленных неоднородностями состава в плоскости слоя и на гетерогранице. Определена энергия связи локализованных биэкситонов. Показано, что температура, при которой наблюдается излучение локализованных биэкситонов, зависит от характерных амплитуд случайного потенциала, обусловленного неоднородностями состава в плоскости слоя.

5. В структурах с туннельно-непрозрачным барьером для электронов, при низкой температуре и высоком уровне возбуждения, обнаружено излучение электронно-дырочной плазмы с пространственно разделенными электронами и дырками. ЭДП состоит из тяжелых дырок в слое SiGe и связанных с ними кулоновским взаимодействием электронов из A4- долин зоны проводимости кремния на гетерогранице Si/SiGe, в потенциаль-

ной яме, возникающей из-за искривления зон при высоком возбуждении. Форма линии излучения в этом случае описывается двумерной плотностью состояний, как для тяжелых дырок, так и для Д4-электронов.

6. Методом рентгеновской дифрактометрии исследовано возникновение структурных несовершенств при изменении состава слоя твердого раствора Sii..TGex (0.05<х<0.3) и его толщины (2<t/<70 нм). Методом спектроскопии низкотемпературной фотолюминесценции исследовано изменение зонной диаграммы гетеронанострук-туры и экситонного спектра SiGe-слоя, вызванное этими несовершенствами. Показано, что сегрегация германия вдоль направления роста приводит к смещению экситонной линии в синюю область спектра при увеличении накачки. Показано, что образование на поверхности растущей плёнки волнистого рельефа, гребни которого обогащены германием, приводит к расщеплению экситонной линии. Показано также, что в таких структурах, при определенных режимах роста и при превышении критической толщины слоя для упругой деформации, в метастабильной области, частичная релаксация напряжений происходит не на гетерогранице подложка/слой SiGe, а на гетерогранице слой SiGe/защитный (cap) кремниевый слой. В спектрах ФЛ при этом обнаружено излучение локализованных на гетерогранице SiGe/Si-(cap) экситонов с пространственно разделенными электронами и дырками.

Научная и практическая значимость работы

Исследован спектр многочастичных возбуждений в Si/SiGe/Si наноструктурах с квазидвумерными слоями Sii.xGex в диапазоне толщин 2-70 нм и концентраций германия 5-25%.

Экспериментально показано существование квазидвумерной ЭДЖ и определены ее основные термодинамические параметры: плотность, критическая температура, энергия связи относительно экситонов. Исследованы условия ее возникновения в структурах с квантовыми ямами с различными параметрами.

В гетероструктурах 81/8Юе/81 обнаружено образование биэкситонов. Определена

N

энергия связи локализованного биэкситона относительно экситона.

В структурах с туннельно-непрозрачным барьером обнаружена ЭДП с пространственно разделенными электронами и дырками.

Все эти результаты имеют существенное значение для физики конденсированного состояния вещества.

Результаты, приведенные в работе весьма важны также для практических приложений. Напряженные слои твердого раствора Б^-хОе*, выращенные на 81, широко используются в кремниевой интегральной технологии для создания /»-канала в элементах интегральных схем. Уточнение зонной диаграммы 81/811.*Оех/81 структуры при малом содержании Ое в слое, сделанное в настоящей работе, несомненно, важно при разработке приборов кремниевой наноэлектроники.

Положения, выносимые на защиту:

Показано, что в квазидвумерных гетероструктурах 81/811_хОех/81 с туннель-но-прозрачным барьером в зоне проводимости образуется электронно-дырочная жидкость (ЭДЖ), состоящая из квазидвумерных тяжелых дырок на уровнях размерного квантования в потенциальной яме валентной зоны 8Юе- слоя и квазитрехмерных электронов из А4-долины зоны проводимости.

Основные термодинамические параметры ЭДЖ : концентрация электронов в жид-

18 3 112

кости щ = 4.8-10 см" , концентрация дырок - ро = 8.5-10 см" ; работа выхода экситонов из ЭДЖ - 3 мэВ; критическая температура - 18 - 20 К.

Показано, что в структурах с туннельно-прозрачным барьером газовая фаза состоит из экситонов и экситонных молекул (свободных биэкситонов).

Показано, что гетероструктра 81/811.хОех/81 при концентрациях германия от 5 до 30% является гетероструктурой II рода с барьером в зоне проводимости, образованным слоем твердого раствора.

Установлены требования к зонным параметрам структуры, при выполнении которых возможно образование ЭДЖ и биэкситонов в квазидвумерных слоях гетерост-руктур II рода. Показано, что если барьер, образованный слоем SiGe в зоне проводимости, туннельно-прозрачный, то и неравновесные электроны, также как и дырки оказываются в SiGe- слое, образуя пространственно-прямые экситоны, которые при увеличении плотности, при низких температурах, образуют ЭДЖ.

В структурах с туннельно-непрозрачным барьером, при частичном проникновении электронной волновой функции в слой твердого раствора, при низкой температуре и невысоком уровне возбуждения, образуются локализованные пространственно непрямые биэкситоны. Энергия связи пространственно непрямых локализованных биэкситонов оказалась равной 2 мэВ.

В структурах с туннельно-непрозрачным барьером для электронов, при низкой температуре и высоком уровне возбуждения, обнаружено излучение электронно-дырочной плазмы с пространственно разделенными электронами и дырками. ЭДП состоит из тяжелых дырок в слое SiGe и связанных с ними кулоновским взаимодействием электронов из А4- долин зоны проводимости кремния на гетерогранице Si/SiGe, в потенциальной яме, возникающей из-за искривления зон при высоком возбуждении. Форма линии излучения в этом случае описывается двумерной плотностью состояний, как для тяжелых дырок, так и для Д4-электронов.

• Найдено, что при определенных режимах роста структур, при превышении критической толщины слоя для упругой деформации, в метастабильной области, частичная релаксация напряжений происходит не на гетерогранице подложка/слой SiGe, а на гетерогранице слой SiGe/защитный (cap) кремниевый слой. В спектрах ФЛ при этом присутствует излучение локализованных на гетерогранице SiGe/Si-(cap) экситонов с пространственно разделенными электронами и дырками.

Личный вклад автора в получение результатов

Диссертация представляет итог самостоятельной работы автора, обобщающий полученные им и в соавторстве результаты. Автор диссертационной работы принимал непосредственное участие в постановке задач, разработке методик проведения экспериментальных исследований, проведении эксперимента, а также обработке и обсуждении полученных результатов.

Апробация работы

Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на семинарах ФИАН, а также на следующих российских и международных конференциях:

- 13 Национальная конференция по росту кристаллов, НККР-2008. Москва, 2008;

- XII Школа молодых учёных «Актуальные проблемы физики». Звенигород, 2008;

- 10-ая Всероссийская молодёжная конференция по физике полупроводников и наноструктур, полупроводниковой опто- и наноэлектронике. Санкт-Петербург, 2008;

- IX Российская конференция по физике полупроводников, Новосибирск-Томск,

2009;

- 11 -ая Всероссийская молодёжная конференция по физике полупроводников и наноструктур, полупроводниковой опто- и наноэлектронике. Санкт-Петербург, 2009;

- Всероссийская конференция «Влияние атомно-кристаллической и электронной структуры на свойства конденсированных сред», посвященная памяти академика Ю.А. Осипьяна. Черноголовка, 2009;

- 10th International Workshop on Nonlinear Optics and Excitation Kinetics in Semiconductors, Paderborn (Germany), 2010;

- 15-ый Международный Симпозиум "Нанофизика и наноэлектроника". Нижний Новгород, 2011;

- International Conference "Functional Materials", ICFM'2011. Partenit (Ukraine), 2011.

Публикации по теме диссертации

По теме диссертации опубликовано 13 работ, включая 3 статьи в реферируемых журналах и 10 публикаций в материалах конференций.

Структура и объём диссертации

Диссертация состоит из введения, 4 глав и заключения. Объём диссертации составляет 118 страниц, включая 55 рисунков и 2 таблицы. Список цитированной литературы включает 100 наименований, список работ автора по теме диссертации - 13 наименований.

Основное содержание работы

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

Глава 1 обзорная, в ней представлен анализ современного состояния исследований явления конденсации экситонов в ЭДЖ, а также данные о структурных и оптических свойствах объемных кремния и германия и гетероструктур на их основе. Освещен вопрос об исследовании экситонных молекул в кремнии и германии. Глава завершается анализом нерешенных к началу выполнения работы вопросов по теме диссертации и вытекающей из этого анализа постановкой задач.

В Главе 2 приведено описание методик эксперимента. Особое внимание уделено методике исследований энергетического спектра неравновесных носителей с помощью низкотемпературной фотолюминесценции,- основной методике, используемой в работе. В этой же главе приведены результаты исследований структурных свойств З^Бм-дОед/Б! гетероструктур и их связи с фотолюминесцентными свойствами. Исследования проведены в диапазоне толщины слоёв твердого раствора БЮе, отвечающему переходу от трехмерного ЗЭ к двумерному 2В случаю (толщины плёнок составляли 10-70 нм). Данные ФЛ сопоставлялись с данными рентгеноструктурного анализа.

В Главе 3 представлены основные результаты работы, полученные для квазидвумерных напряженных слоев SiGe квантово-размерных гетероструктур Si/Sii_xGex/Si толщиной слоя менее 5 нм и при концентрациях германия от 9 до 25%. В ходе экспериментов была обнаружена квазидвумерная ЭДЖ, и определены ее основные термодинамические характеристики.

Глава 4 посвящена исследованию экситонных молекул в образцах с квантовыми ямами в ближней инфракрасной и видимой областях спектра. Было обнаружено, что в образцах с туннельно-прозрачным барьером в зоне проводимости в газовой фазе присутствует значительная парциальная доля свободных биэкситонов. Тогда как в образцах с частично-прозрачным барьером присутствуют локализованные биэкситоны. На основании полученной информации предложен метод практического применения полученных результатов для анализа однородности слоя твердого раствора.

В Заключении представлены основные результаты, полученные в работе.

Заключение диссертации по теме «Физика конденсированного состояния», Шепель, Денис Вячеславович

Основные выводы по главе 3:

• При низких температурах в широком диапазоне интенсивностей возбуждения исследованы спектры ФЛ гетероструктур II рода с квазидвумерными (б/туннельно прозрачных для электронов ЗЮе-слоях при достаточно высоких уровнях возбуждения образуется

93

ЭДЖ. которая состой ] из электронов, заселяющих Д4-долипы зоны проводимости, и квазидвумерных тяжелых дырок в квантовой яме. Определены основные термодинамические параметры ЭДЖ.

• В гетероетруктурах с тупнельно-прозрачным барьером для электронов обнаружено излучение квазидвумерной ЭДЖ и свободных биэкситопов в желто-зеленой области спектра, возникающей при двух электронных переходах. Эти результаты дают новое независимое доказательство образования, кваз и двумерной ЭДЖ и указанных гетероструктурах.

Глава 4. Биэкситоиы в квазидвумерных слоях SiGc кремниевых гете р о стру кту р Si/SiGe/Si II рода

Как было показано ранее, структура Si/Si |.vGev/Si представляет собой гетерострук-г> р> [1-го рода с барьером для электронов в зоне проводимости и ямой для дырок в ва-jéHTHoft îOhc. ! ¡pit больших величинах ,v и d барьер в зоне проводимости, образованный слоем, выталкивает электроны из слоя SiGe в кремниевую область, и экситоны в такой системе оказываются пространственно непрямыми. Диалога такой системе в объемных материалах нет. поэтому исследования возбуждений в системе пространственно непрямых жетонов в гетероструктурах Sl'Sîi.vOev/Sj являются новыми, В данной главе показано, чш в гаких Структурах при 7"<15К и невысоком уровне накачки, помимо известной :жси-1'оиноп ФЛ. обнару жена ФЛ пространственно непрямых биэкситонов, локализованных в потенциальных ямах, обусловленных неодпородностями состава в плоскости слоя и на 1 етерогранице. С у мепынением л' и d барьер становится туннелыю-прозрачпым и неравновесные )лсктроны. гакже как и дырки оказываются в слое, образуя пространственно прямые экситоны. В структурах этого типа при невысоком уровне накачки в температурном диапазоне ! 2К. < Т < 23К обнаружено излучение свободных биэкситонов в слое с энергией связи большей, чем в объемном одноосно сжатом кремнии.

Результаты, приведенные в текущей главе, важны также для практических приложении. Гак. одна из проблем, возникающих при МПЭ росте, состоит в том. что при низких скоростях осаждения Ge. необходимых для получения состава ,г<0.1. проявляется технологическая нестабильность германиевого источника, способствующая образованию фл>ктуаций состава слоя. В главе (параграф 4.3.) представлена методика неразрушатощего контроля однородности t етероструктуры в плоскости слоя, основанная на ФЛ локализованных биэкситонов. Данный метод позволяет' различать структуры с одинаковыми параметрами слоя, выращенными на разных установках. Метод был опробован при сравнении установок «Ва1гег2» и «ШЬег».

4.1. Экспериментальное обнаружение линий излучения экситонных молекул в инфракрасной области спектра.

На рис.46, представлены спектры ФЛ образца с КЯ толщиной 4 нм. В этом образце отсутствует линия излучения ЭДЖ из слоя. На спектрах представлены только ИР-компоненты линий люминесценции в ближней инфракрасной области.

Рис.46. Зависимость N1^-компоненты спектров НТФЛ образца с толщиной КЯ в 4 нм и концентрацией Ое 9% от температуры при фиксированной плотности оптической накачки. Спектры получены в ближней инфракрасной области. Р = 4 Вт/см2. Все линии излучения на рисунке из слоя 8Юе. Линии ФЛ из объёмного кремния отсутствуют,

1100 1110 1120 Photon energy (meV)

В структуре не наблюдается синего сдвига, видны линии ФЛ экситонов (LE) и с увеличением накачки - линии ФЛ локализованных биэкситонов (LBiE). По зонной диаграмме гетероструктуры (рисунок 47.слева) видно - есть некоторое проникновение волновых функций электронов в слой ЭЮе [58], дипольиый момент в этих структурах меньше, чем в структурах с более высоким барьером и при 15К наблюдается излучение биэксито-нов.

При Т<15К. - происходит локализация экситонов в потенциальных ямах, обусловленных неоднородиостями состава в плоскости слоя, Экситонная линия ФЛ при этом сдвигается в красную сторону спектра. При дальнейшем понижении температуры наблюдается излучение биэкситонов локализованных в тех же ямах. Потенциальная яма препятствует разлету экситонов. В отличие от исследований в объемном недеформированном кремнии здесь наблюдается мощное излучение б и экс и тонн ой ФЛ, которое при температурах ниже 8 К превышает излучение экситонной линии. Образование ЭДЖ. аналогичной ЭДЖ в объемных материалах, подавлено, так как электроны и дырки пространственно разделены (рисунок 47 слева). 2 4 г Е т

Рие.47. Слева (красный): схематическое изображение зонной диаграммы структуры, с толщиной слоя 4 нм с 9% содержанием германия. Справа (чёрный): диаграмма структуры с толщиной слоя 2 нм и с 9% германия.

Рассмотрим теперь образец с очень узкой ЬСЯ толщиной в 2 нм и концентрацией германия в 9%. Температурная зависимость спектров ФЛ данной структуры представлена на рисунке 48.

1050 1060 1070 , Щ80 1090 Photon energy (mevj

Рис.48. Температурная зависимость спектров фотолюминесценции образца с КЯ толщиной 2 нм и концентрацией Ge в 9%. Плотность накачки фиксирована - 3.8 Вт/см2. На рисунке представлены только ТО-компоненты линий,

В этой структуре также отсутствует синий сдвиг. Наблюдаются сначала линия эксито-нов (FET0), затем линия свободных биэкситонов - FBiE[0 (Рис.48).

Барьер становится туннельно-прозрачным для электронов, они проникают в слой, что позволяет образовываться свободным биэкситонам (рисунок 47 справа).

В отличие от структуры с толщиной слоя 4 им в данной структуре вплоть до 12К положение жеитонной и биэкситон ной линий не зависит от температуры. То есть эк сито-пы и биэкси тоны в этой структуре в этом интервале температур остаются свободными. При дальнейшем повышении уровня накачки эксиТоны и биэкситоны конденсируются в квазидвумерную электронно-дырочную жидкость - ЕНЬ10 на рисунке 48.

4.2. Результа I ы исследований и видимой области спектра при чет ырёхчаст нчноп рекомбинации неравновесных носителей заряда

Для структуры с толщиной слоя 8¡Ос в 2 нм в видимой области спектра также наблюдается голько линия свободного биткеитона. а при увеличении накачки происходит возгорание линии )ДЖ с длинноволновой стороны спектра (рис.49.). Особо отметим, что линия биэкситонов отчётливо наблюдается при температуре 15 К (в объёмном материале голько при 2 К).

Для определения энергии связи биткам она относительно экситона и независимого юказатсльетва ирису гствия экситониых молекул были произведены измерения в видимой области спектра методом спектроскопии четырёх частичной рекомбинации. Известно, что спектральное расстояние между линиями биэкситона ¡1 свободного экситона в инфракрасной области равно энергии связи биэкситона плюс энергия отдачи. Гак как оценить энергию отдачи из экспериментальных данных не представляется возможным, была произве-юпа с.ютующая обработка экспериментальных данных:

2 nm,9% Ge

SiGe:EHL

2 5

WW**"'* j\J K^rttU-WuX^v

2200 2250 2300 2350 Photon energy (meV)

Рис.49. Спектры фотолюминесценции в видимой области образца с толщинои КЯ 2 нм и концентрацией германия 9%, измеренные при 7=15К и при различных плотностях возбуждения. Линии на рисунке: SiGe:FBiE - свободный биэкситон из слоя SiGe, SiGe:EHL -линия ЭДЖ из слоя.

На рис.50 представлены экспериментальные спектры фотолюминесценции образца с КЯ толщиной 4 нм. выполненные как в видимой области, так и в инфракрасной (разными методами). Значения энергии спектров в инфракрасной области удвоены, чтобы построить экспериментальные кривые на одном спектральном промежутке.

При таком наложении спектров можно определить экспериментальное значение энергии связи локализованного экситона относительно локализованного биэкситона без определения энергии отдачи. Энергия связи локализованных биэкситонов Elbic оказалась равной 2 мэВ.

15 К

4 nm, 9%

03

Е ас

Л W/cm :

-1.5 LBiE, LE

Visible

-■—1.2 LBiE 0.3 LBiE

Biexiion, *Л visible region Vib^^fijjl

2220

Photon energy (Visible), meV

2240

NIR-scale x2

Рис.50. Спектры фотолюминесценции в инфракрасной и видимой областях спектра, измеренные при температуре 15 К.

Она определялась как разность между удвоенной энергией квантов ЬЕ-ЫР в БИК области и энергией квантов ФЛ ЬШЕ в видимой области. Отметим, что в объёмном кремнии она составляет примерно 1 мэВ [56].

Схема, иллюстрирующая расчет , приведена на рисунке 51. Ь

Ьу

1.1; мн

Ч-Ь' локализованным зкеитон п.

Е,- $1

Ь,, ЬВШ , о , локализованный биэкситон

21™ жк Ш

Рнс.51. Схема, иллюстрирующая расчет энергии связи Еш1н локализованного биэкситона относительно локализованного жеитона в потенциальной яме, возникающей из-за флуктуации состава слоя.

Согласно рис.51. получаем: ЬВгГ. | ■ !.Г.

ПУу!«, + ЬЬВ1Е - 2ЬУййи ,

При Г< I 5К происходит локализация экси тонов в потенциальных ямах, обусловленных неоднородиостямп состава в плоскости слоя. При понижении температуры возможна локализации второго оке кто на в той же яме. Наличие потенциальной ямы препятствует раздет) и экептопов и создает возможность для образования биэкситона.

При увеличении накачки длинноволновое крыло спектра уширяется (рисунок 52), ч го в ли тераре трактуется как образование электропно-дырочной плазмы Е11Р [60],

На рис.52 представлена зависимость интенсивности линии излучения биэкситона от плотности накачки при 6 и 15К. При низких уровнях она имеет линейный характер, что соответствует излучению локализованных биэкситон о в [59]. С увеличением плотности накачки зависимость более пологая, что соответствует образованию ЭДГ1 с пространственно разделенными электронами и дыркам. Отметим, что ЭДЖ с пространственно разделенными е и /г посвящены теоретические работы [98 -100].

7=15 К 4 nm, 9%

Л W/cm :

5.8 EHP+LBiE 1.2 LBiE 0.3 LBiE

EHP

Г/ \ f Biexiton. ISihie rtiüion

2220 2240

Photon energy (Vizible), meV

Рис.52. Возникновение ЭДП с пространственно разделенными электронами и дырками при увеличении накачки. Спектры получены при Т 15 К. юоо

100 с о х

QJ

10

1 10 100 2

Р, mW/cm"

Рис.53. Зависимость интенсивности линии излучения биэкситона от плотности оптической накачки при 6 и 15К.

4.3. Анализ однородности состава слоя твердого раствора по фотолюминесценции локализованных он жет онов

Одна из проблем, возникающих при МИЭ росте, состоит в том. что при низких скоростях осаждения Ge. необходимы^ для получения состава х <0.1, проявляется технологическая нестабильность германиевого источника, способствующая образованию флук-"Г'уаций состава. Структура Si/Sii.vGcv/Si представляет собой гетероструктуру 2-го рода с барьером для электронов в зоне проводимости и ямой для дырок в валентной зоне. Барьер ь юне проводимости, образованный слоем, выталкивает электроны из слоя SiGe в кремниевую область, и жеитоны в такой системе оказываются пространственно непрямыми. Пространственно непрямо! жеитоп обладает дииольным моментом, направленным поперек' с, юя. Диполь-дипольное д ат ьн о действующее отталкивание экситонов препятствует их сближению, необходимому для образования бнжеитона. Несмотря на диполь-дипольное оI [тикиванне жетоны все же могут сблизиться при наличии потенциальных ям (ловушек) в слое. При сближении экситонов в ловушке начинают действовать Ван-дер-каальеовы и обменные силы, которые могут привести к притяжению экситонов и образованию локализованной жеитонной молекулы биэкситона (LBiE). Такие потенциальные ямы создают флуктуации состава германия в плоскости слоя. Излучение локализованных бизкеп 1 онов будет наблюдаться при условии, что характерная величина флуктуациоиного потенциала превышает тепловую энергию. Таким образом, чем ниже температура, при которой наблюдается излучение LBiE. тем однороднее состав в слое. Это обстоятельство по-1воляс1 на практике использовать ФЛ биэкситонов для неразрушающего контроля однородности слоя в те тероструктуре.

На рис. 54. представлены спектры фотолюминесценции в НИК области спектра, измеренные при 7 6 К, для структуры Si/Sï(.vC.»ev/SÎ с толщиной слоя (/=2нм содержанием Ge y 25%. выращенной на высоко вакуумной установке «BALZERS» UMS-500P . При низком уровне накачки видно излучение локализованного экситона (бесфононная линия

ЬЕ-ИР и ее фононное повторение ЬЕ-ТО). С увеличением уровня накачки она сдвигается в синюю область спектра из-за кулоновского взаимодействия пространственно разделенных электронов и дырок, а с длинноволновой стороны от нее возникает излучение локализованных биэкситонов (бесфононная линия ЬВ]Е-ЫР и ее фононное повторение ЬВ1Е-ТО). Излучение локализованных биэкситонов наблюдается вплоть до 15К. В соответствии с приведенными спектрами можно сделать вывод, о наличии существенных флуктуаций состава в слое твердого раствора.

Photon energy (meV)

Рис.54. Трансформация спектров фотолюминесценции при увеличении накачки в структуре Si/Si]-jGex/Si, выращенной на высоковакуумной установке «BALZERS» UMS-500P. Интенсивность накачки в спектрах ci-f соответственно равна 0,6; 3.3; 8.3; 28.3; 85.2; 167 W/cm2.

На рис.55, представлены спектры фотолюминесценции в БИК области спектра, измеренные при той же температуре Г=6 К, для структуры Si/Si i^Ge^/Si с толщиной слоя ¿/=2нм содержанием Ge jc=25%, выращенной на высоко вакуум ной установке МПЭ SiGe гетероструктур «RIBER SIVA 21». При низком уровне накачки видно излучение свободного экситона (бесфононная линия FE-NP и ее фононное повторение FE-TO),a с увеличением уровня накачки наблюдается только синий сдвиг линий ФЛ. Можно сделать вывод о большей однородности состава слоя в этой гетероструктуре.

Photon energy, meV

Рис.55. Спектры фотолюминесценции для структуры Si/Si|,vGer/Si, выращенной на высоковакуумная установка МПЭ SiGe гетероструктур «RIBER SIVA 21». Интенсивность накачки в спектрах a-f соответственно равна 0.05; 0.5; 16.6; 23.9; 38.6; 167 W/cm2

Заключение

• Показано, что сегрегация германия по направлению роста и неоднородности состава в плоскости роста приводят к образованию потенциального рельефа в зонной диаграмме, вследствие которого экситонная линия ФЛ в слое SiGe сдвигается в синюю сторону спектра с повышением температуры. Волнистые искажения поверхности роста приводят к тому, что в спектрах экситонной ФЛ различаются две линии, отвечающие излучательным переходам в полностью напряженном SiGe слое и в гребнях волн с повышенным содержанием Ge. Показано также, что при определенных режимах роста, при превышении критической толщины слоя для упругой деформации, в метастабильной области, частичная релаксация напряжений происходит не на гетерогранице подложка/слой SiGe, а на гетерогранице слой SiGe/защитный (cap) кремниевый слой. В спектрах ФЛ при этом обнаружено излучение локализованных на гетерогранице SiGe/Si-(cap) экситонов с пространственно разделенными электронами и дырками.

• При низких температурах в широком диапазоне интенсивностей возбуждения исследованы спектры ФЛ гетероструктур Si/Si] .^Gex/Si II рода с квазидвумерными (dквантовой яме. Определены основные термодинамические параметры ЭДЖ.

• В гетероструктурах Si/Sii.xGex/Si с туннельно-прозрачным барьером для электронов обнаружено излучение квазидвумерной ЭДЖ и свободных биэкситонов в желто-зеленой области спектра, возникающей при двухэлектронных переходах. Эти результаты дают новое независимое доказательство образования, квазидвумерной ЭДЖ в указанных гетероструктурах. В гетероструктурах с невысокой туннельной прозрачностью барьера для электронов в зоне проводимости обнаружено излучение пространственно непрямых локализованных биэкситонов, которое наблюдалось вплоть до температуры 15 К. Температура, при которой наблюдается излучение, зависит от характерных амплитуд случайного потенциала, обусловленного неоднородностями состава в плоскости слоя. Из сопоставлений спектров в БИК и видимой области определена энергия связи пространственно непрямых локализованных биэкситонов, которая оказалась равной 2 мэВ.

• В структурах с туннельно-непрозрачным барьером для электронов, при низкой температуре и высоком уровне возбуждения Р, обнаружено излучение электронно-дырочной плазмы с пространственно разделенными электронами и дырками. ЭДП состоит из тяжелых дырок в слое SiGe и связанных с ними кулонов-ским взаимодействием электронов из A4- долин зоны проводимости кремния на ге-терогранице Si/SiGe, в потенциальной яме, возникающей из-за искривления зон при высоком возбуждении. Форма линии излучения в этом случае описывается двумерной плотностью состояний, как для тяжелых дырок, так и для Д4-электронов. В спектрах ФЛ в видимой области, обусловленной четырёхчастичной рекомбинацией, появление ЭДП с ростом уровня возбуждения Р обнаруживается по значительному уширению длинноволнового крыла спектральной линии локализованного биэкситона. Зависимость интенсивности ФЛ биэкситонной линии от величины Р при этом становится сублинейной.

• На основании исследований экситонной системы при высоких уровнях возбуждения в гетероструктурах Si/Sii-xGex/Si с напряженными Sii^Gex-слоями толщиной от 2 нм до 70 нм и концентрацией германия 5-25°% показано, что указанная структура представляет собой гетероструктуру П-го рода с барьером для электронов в зоне проводимости и ямой для дырок в валентной зоне.

Автор выражает благодарность Бурбаеву Тимуру Маруановичу и Сибельдину Николаю Николаевичу за громадную помощь при работе над диссертацией, проведении и обсуждении экспериментов. Скорикову Михаилу Львовичу за помощь в проведении экспериментов в видимой области спектра, Мартовицкому Виктору Петровичу - за экспериментальные данные рентгеноструктурного анализа, Рзаеву Мурветали Мирзе, Новикову Алексею Витальевичу и Лобанову Дмитрию Николаевичу - за изготовление гетерострук-тур.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Шепель, Денис Вячеславович, 2012 год

Список цитированной литературы.

1. J1.B. Келдыш, Труды 9-ой международной конференции по физике полупроводников, Москва, Л.: Наука, с.1384. (1969).

2. Т.М. Rice, J.С. Hensel, Т.О. Fillips and G.A. Thomas, Solid State Physics. 32, Academic Press, New York (1977).

3. The Electron-Hole Drops in Semiconductors, in: Modem Problems in Condensed Matter Sciences, 6, Eds. C.D. Jeffries and L.V. Keldysh, Amsterdam: North-Holland, (1983).

4. L.V. Keldysh and N.N. Sibeldin. Ibid, 16, Eds. W. Eisenmenger and A.A. Kaplyanskii, p.455-686. (1986).

5. С.Г. Тиходеев. УФН, 145, 3 (1985).

6. N.N. Sibeldin. Electron-hole liquid in semiconductors, in Problems of Condensed Matter Physics: Quantum coherence phenomena in electron-hole and coupled matter-light sys-lems, Eds. A.L. Ivanov and S.G. Tikhodeev, International Series of Monographs on Physics 139, Oxford University Press, p.227-257, (2008).

7. Электронно-дырочные капли в полупроводниках. Под ред. К.Д. Джеффриса, Л.В. Келдыша. М.: Наука, (1988).

8. N. Раис, V. Calvo, J. Eymery et al., Phys. Rev. Lett. 92, 236802-1 (2004).

9. N. Раис, V. Calvo, J. Eymery et al., Phys. Rev. В 72, 205324 (2005).

10. Т. M. Burbaev, E. A. Bobrik, B. A. Kurbatov et al, JETP Letters, 85, 331 (2007).

11. Т. M. Burbaev, V. S. Bagaev, E. A. Bobrik et al, Thin Solid Films, 517, 55 (2008).

12. J. W. Matthews and A.E. Blakeslee, J.Cryst. Growth 27, 118-125. (1974).

13. R. People. Physics and Applications of GexSii_x/Si Strained-Layer Heterostructures. IEEE journal of quantum electronics, v. QE-22, 9, p. 1696-1710. (1986).

14. D.J. Paul. Silicon-Germanium Strained Layer Materials in Microelectronics. Advanced Materials 11(3), 191-204 (1999).

15. В.В. Пасынков. B.C. Сорокин. Материалы электронной техники. Санкт-Петербург. Стр.240-289. (2004).

16.0. П. Пчеляков, Ю. Б. Болховитяков, А. В. Двуреченский и др. Кремний-германиевые структуры с квантовыми точками: механизмы образования и электрические свойства. ФТП, т. 34 вып. 11, с. 1281-1299. (2000).

17. L. Yang, J. R. Watling. Si/SiGe heterostructure parameters for device simulations. Semicond. Sci. Techno 1. Vol. 19, №10. P. 1174-1182. (2004).

18. K. Kheng, R.T. Cox, Y. Merle d'Aubigne, et al Phys. Rev. Lett. 71, 1752 (1993).

19. C. Penn, F. Schaffler, G. Bauer, and S. Glustch, Phys. Rev. В 59, 13314 (1999).

20. M.L.W. Thewalt and W.G. McMullan Phys. Rev. В (1984).

21. A. G. Steele, W.G. McMullan, and M.L.W. Thewalt. Phys. Rev. Lett. 59, 2899 (1987).

22. T.W. Steiner, L.C. Lenchyshyn, M.L.W. Thewalt, et al. Silid State Commun. 89, 429 (1994).

23. M. Tajima and S. Ibuka, J. Appl. Phys. 84, 2224 (1998).

24. Ч.Пул, Ф.Оуэне. Нанотехнологии. Техносфера. Москва. 550-581. (2005).

25. Д. Брандон, У. Каплан. Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля. Техносфера. Москва (2004).

26. К. Фрике. Цифровая электроника. Техносфера. Москва (2004).

27. К. Хаускрофт, Э. Констебл. Современный курс общей химии. Том 2. Москва, Мир (2002).

28. С. G. Van de Walle, R. M. Martin, Phys. Rev. В 34, 5621 (1986).

29. M.M. Rieger and P. Vogl, Phys. Rev. В 48, 14276 (1993).

30. Ж. Панков. Оптические процессы в полупроводниках. Изд. «Мир», Москва, 456с. (1973).

31. Е.Ф. Гросс. Экситон и его движение в кристаллической решетке, УФН, т.76, в.З. (1962).

32. Р. Нокс. Теория экситонов, пер. с англ., Москва, (1966).

33. Т. Райе, Дж. Хенсел, Т. Филлис, Г. Томас. Электронно-дырочная жидкость в полупроводниках. Изд. «Мир», Москва, (1980), с.350.

34. В.М. Агранович. Теория экситонов, Москва, (1968).

35. Труды IX Международной конференции по физике полупроводников, т. 2, Л., с.1384-92. (1969).

36. Ya. Pokrovskii. Phys. Stat. Sol. A, v. 11, p. 385. (1972).

37. V.S. Bagaev. Properties of electronic-hole drops in germanium crustals, Springer Tracts. Mod. Phys. v. 73, p. 72.(1975).

38. The Electron-hole liquid in semiconductors, in: Solid state physics, v. 32. Advances in research and applications. Ed. H. Ehrenreich. F. Seitz, D. Turnbull, N. Y., (1977).

39. W. Y. Liang. Excitons. Physics Education 5 (4): 226. (1970).

40. A.A. Rogachev. Electron-Hole Liquids in Semiconductors. In: Handbook on Semiconductors; Vol.1. Basic Properties of Semiconductors. Elsevier Science Publishers B.V. Chapter 9. P 449-487. (1992).

41. Н.Б. Брандт, В.А. Кульбачинский. Квазичастицы в физике конденсированного состояния. Физматлит. 632 с. (2007).

42. М. Строшио, М. Дутта. Фононы в наноструктурах. Физматлит. (2006).

43. N. F. Mott. Metal-Insulater Transition. London: Taylor & Francis. P. 150. (1974).

44. Т. M. Бурбаев. Известия Академии наук, серия физическая, 73, №1.. с. 76-78. (2009).

45. Т. Stoicaa, L. Vescan, et al. Physica E 16. 359 - 365. (2003).

46. T.W Steiner, et al. Solid St Comm., (1994).

47. F. London, On the Bose-Einstein condensation, Phys. Rev. v. 54. p. 947. (1938).

48. В. Б. Тимофеев, УФН. 175, 3 (2005).

49. А.В. Горбунов, В.Б. Тимофеев. Письма в ЖЭТФ. 83, 178. (2006).

50. Д. Брандон, У. Каплан. Микроструктура материалов. Методы исследования и контроля. Техносфера. Москва. (2004).

51. Э.А. Корнелл, К.Э. Виман. Бозе-эйнштейновская конденсация в разреженном газе. Первые 70 лет и несколько последних экспериментов. Нобелевская лекция, УФН, том 173, выпуск 12, (2003).

52. Е.А. Hylleraas. A. Ore. - Phys. Rev. v. 71, p. 493. (1947).

53. M.L.W. Thewalt. and W.G. McMullan Phys. Rev. В (1984).

54. W. Schmid. Phys. Rev.Lett. Vol.45, Number 21, 1726 (1980).

55. В. Д. Кулаковский, В. Г. Лысенко, В. Б. Тимофеев, УФН, 147, 1 (1985).

56. В.Д. Кулаковский, В.Б. Тимофеев. Письма ЖЭТФ. т.82, с.900. (1982).

57. В.Д. Кулаковский, В.Б. Тимофеев, В.М. Эделынтейн. ЖЭТФ, 74, 372 (1978).

58. С. Penn, F. Schaffler, G. Bauer, and S. Glustch, Phys. Rev. В 59. 13314 (1999).

59. M.L.W. Thewalt and W.G. McMullan Phys. Rev. B. (1984).

60. A. G. Steele, W.G. McMullan and M.L.W. Thewalt. Phys. Rev. Lett. 59, 2899. (1987).

61. T.W. Steiner, L.C. Lenchyshyn, M.L.W. Thewalt, et al. Solid State Commun. 89, 429. (1994).

62. M. Tajima and S. Ibuka, J. Appl. Phys. 84, 2224 (1998).

63. L. Keldysh, Phys. Status Solidi A 164, 3 (1997).

64. J. Artur. Molecular beam epitaxy. Surface science (2000).

65. I.N. Stranski, L. Krastanov. Theory of orientation separation in Ionic Crystals. Sitzber. Acad. Wiss. Wien, Math-Natur W. V. 146. P. 797810. (1938).

66. D.E. Eaglesham, M. Cerullo. Phys. Rev. Lett. - Vol. 64. P.1943-1946. (1990).

67. J.-W. Mo, D.E. Savage, B.S. Swartzentruber, M.G. Lagally. Kinetic pathway in Stranski-Krastanov growth of Ge on Si(001). Phys. Rev. Lett. Vol. 65. P. 1020-1023. (1990).

68. H.H. Леденцов, В.М. Устинов, B.A. Щукин, и др. Гетероструктуры с квантовыми точками: получение, свойства, лазеры. Обзор. ФТП Том. 32, №4. С. 385. (1998).

69. JI. Ченг. Полупроводниковые сверхрешетки, пер. с англ., Москва. (1989).

70. Молекулярно-лучевая эпитаксия и гетероструктуры. Под ред. Л. Ченга, К. Плога, пер. с англ., Москва. (1989).

71. Р.Н. Кютт. А.Ю. Хилько. Н.С.Соколов. ФТТ, том 40, №8. (1998).

72. В.П. Кладько, Н.В. Слободян и др. Металлофиз. новейшие технол. т.29 №10, 13231332. (2007).

73. Г.М. Кузьмичева. Порошковая дифрактометрия в материаловедении. Учебное пособие. МИТХТ. (2005).

74. Е.В. Астронова, В.В.Ратников и др. Письма в ЖЭТФ, том 27, вып.2 (2001).

75. М. Schmidbauer, М. Hanke, R. Kohler. Cryst.Res.Technol. 37 1. 3-34. (2002).

76. С. W. Carter and R. M. Sweet., ed. Macromolecular Crystallography, Part A (Methods in Enzymology, v. 276). San Diego: Academic Press. (1997).

77. W. Clegg. Crystal Structure Determination (Oxford Chemistry Primer). Oxford: Oxford University Press (1998).

78. W. Massa. Crystal Structure Determination. Berlin: Springer. (2004).

79. W.H. Zachariasen. Theory of X-ray Diffraction in Crystals. New York: Dover Publications. (1974).

80. B. Schräder. Infrared and Raman Spectroscopy. VCH Publishers Inc.: New York; Chapter 4. (1995).

81. M. Kerker, D.S. Wang, H. Chew, O. Siiman, L.A. Bumm. Surface Enhanced Raman Scattering, Chang, R.K., Furtak, Т.Е. eds., Plenum Press: New York. p. 109-128. (1982).

82. M.D. Morris. Applied Laser Spectroscopy,VCH Publishers Inc.: New York; Chapter 6. (1992).

83. M.M. Сущинский. Комбинационное рассеяние света и строение вещества, Москва, (1981).

84. B.C. Багаев, B.C. Кривобок, В.П. Мартовицкий и др. ЖЭТФ, 136, 1154 (2009).

85. J. Christen, D. Bimberg. Phys. Rev. B. Vol. 42, 11. 7213 - 7219. (1990).

86. T. Baier, U. Mantz, K. Thonke et al., Phys. Rev. В 50, 15191 (1994).

87. A.F. Dite, V.G. Lysenko and V.B. Timofeev. Phys. Stat. Sol. (b). V.66. P. 53. (1974).

88. Я.Е. Покровский, К.И. Свистунова. ФТП, т.4, с.491. (1970).

89. С. Benoit Guillaume, M. Voos, F. Salvan. Phys. Rev. Lett. 27. p. 1214. (1971).

90. C. Benoit Guillaume, M. Voos, F. Salvan. Phys. Rev. Ser B. 7. p. 1723. (1973).

91. R.W. Martin. Phys. Stat. Sol. Ser. B. 66. p. 627. (1974).

92. Т.К. Lo. Sol. Stat. Comm. 15. p. 1231. (1974).

93. Т. Андо, А. Фаулер, Ф. Стерн. Электр, свойства двумерных систем. Москва. Мир. 416 с. (1985).

94. Т.Е. Whall, N.L. Mattey, A.D. Plews et al. Appl. Phys. Lett. 64, 3, p.357-359. (1994);

95. T. Manku and A. Nathan, J. Appl. Phys. 69, 8414 (1991).

96. В.П. Драгунов, И.Г. Неизвествый, В.А. Гридчин. Основы наноэлектроники. - Москва: Университетская книга; Логос; Физматкнига, 2006.

97. К. Betzler, R. Conradt. Phys. Rev.Lett. V .28. - P. 1562-1563. (1972).

98. E.A. Андрюшин. ФТТ 18, 2493 (1976).

99. H.B. Маркова, А.П. Силин. ФТТ 31, 1 (1989).

100. E.A. Андрюшин, Л.В. Келдыш, А.П. Силин. ЖЭТФ 73, 3, 1163-1173 (1977).

Список работ автора по теме диссертации.

1. Т. М. Бурбаев, М. Н. Гордеев, Д. Н. Лобанов, А. В. Новиков, М. М. Рзаев, Н. Н. Си-бельдин, М. Л. Скориков, В. А. Цветков, Д. В. Шепель."Электронно- дырочная жидкость и экситонные молекулы в квазидвумерных SiGe- слоях гетероструктур Si/SiGe/Si". Письма в ЖЭТФ. 92 341 (2010).

2. Д.В. Шепель, Н.С. Пташкин и Т.М. Бурбаев. "Конденсация экситонов в квазидвумерных SiGe-слоях гетероструктур Si/Si 1-xGex/Si." Научно-технические ведомости СПбГПУ №3 (2010).

3. Denis Shepel, Timur Burbaev, Nikolai Sibeldin, and Mikhail Skorikov. Quasi-two-dimensional electron-hole liquid and biexcitons in SiGe layers of Si/SiGe/Si heterostruc-tures. Physica Status Solidi B, 248, No.4 (2011).

4. Т.М. Бурбаев, В.П. Мартовицкий, М.М. Рзаев, Н.Н. Сибельдин, В.А. Цветков,

Д.В.Шепель. Влияние структурных несовершенств, возникающих при гетероэпи-таксиальном росте SiGe-слоя наноструктуры Si/SiGe/Si, на ее оптические свойства. Гезисы докладов 13 Национальной конференции по росту кристаллов, НККР-2008, Москва, 17-22 ноября 2008, стр.379.

5. Т.М. Бурбаев, В.П. Мартовицкий, М.М. Рзаев, Н.Н. Сибельдин, В.А. Цветков,

Д.В.Шепель. Влияние структурных несовершенств, возникающих при гетероэпи-таксиальном росте SiGe-слоя наноструктуры Si/SiGe/Si, на ее оптические свойства. Тезисы докладов XII Школы молодых учёных «Актуальные проблемы физики», г. Звенигород, 23-27 ноября 2008, стр. 83-84.

6. Д.В. Шепель, Т.М. Бурбаев. Каналы рекомбинации и переход Мотта в системе экситонов в тонких SiGe-слоях наноструктур на основе кремния. Тезисы докладов 10-ой Всероссийской молодёжной конференции по физике полупроводников и наноструктур, полупроводниковой опто- и наноэлектронике. Санкт-Петербург, 1-5 декабря 2008 г., стр.48.

7. Т.М. Бурбаев, М.Н. Гордеев, Д.Н. Лобанов, А.В. Новиков, Н.С. Пташкин, М.М. Рзаев, Н.Н. Сибельдин, В.А. Цветков, Д.В. Шепель, "Электронно-дырочная жидкость в SiGe-слоях гетероструктур Si/SiGe/Si". Тезисы докладов 9 российской конференции по физике полупроводников, Новосибирск-Томск, 28 сентября - 3 октября 2009 г., стр.76.

8. Д.В. Шепель, Т.М. Бурбаев. Конденсация экситонов в квазидвумерных слоях SiGe кремниевых гетероструктур. Тезисы докладов 11 всероссийской молодёжной конференции по физике полупроводников и наноструктур. Санкт-Петербург, 30 ноября - 4 декабря 2009 г., стр. 46.

9. Н.Н. Сибельдин, Д.В. Шепель. «Исследование морфологии и электронного спектра наногетероструктур с системами кремниевых квантовых ям и квантовых точек на «виртуальных» германиевых подложках». Тезисы докладов Всероссийской конференции «Влияние атомно-кристаллической и электронной структуры на свойства конденсированных сред», посвященная памяти академика Ю.А. Осипьяна. Черноголовка, 24-27 ноября 2009 г., Проект А49.

10. Шепель Д.В., Гордеев М.Н., Пташкин Н.С. и Бурбаев Т.М. Электронно-дырочная жидкость и биэкситионы в квазидвумерных слоях SiGe кремниевых наноструктур. Сборник трудов 13-ой Школы Молодых Учёных, г. Звенигород-Москва, 14-19 ноября 2010 г. Стр. 257-259.

11. Denis Shepel, Timur Burbaev, Nikolai Sibeldin, and Mikhail Skorikov. Quasi-two-dimensional electron-hole liquid and biexcitons in SiGe layers of Si/SiGe/Si heterostruc-tures. 10th International Workshop on Nonlinear Optics and Excitation Kinetics in Semiconductors. Paderborn, Germany, August 16 - 19, 2010. Page 35.

12. Burbaev T.M., Shepel D.V., Sibeldin N.N., and Skorikov M.L. Quasi-two-dimensional electron-hole liquid and biexcitons in SiGe layers of Si/SiGe/Si heterostructures. Interna-

tional Conference "Functional Materials"/ ICFM-2011/ Ukraine, Partenit, Octorber 3-8, page 324.

13. T.M. Бурбаев, A.B. Новиков, H.H. Сибельдии, М.А. Скориков, Д.В. Шепель. Люминесценция электронно-дырочной жидкости и биэкситонов в квазидвумерных SiGe-слоях кремниевых гетероструктур в видимой области спектра. Труды 15-го Международного Симпозиума "Нанофизика и наноэлектроника". Нижний Новгород, 14-18 марта 2011 г., с.66-67.