Технология молекулярно-пучковой эпитаксии

Развита технология молекулярно-пучковой эпитаксии светоизлучающих структур с самоформирующимися наноостровками и квантовыми точками GeSi. Выполнены детальные исследования роста широкого класса напряженных одно- и многослойных гетероструктур SiGe на различных подложках (Si (001), Ge (001) и релаксированных буферных слоях SiGe/Si (001)), позволившие выявить влияние величины и знака деформации, температуры роста и микрошероховатости поверхности на смену их механизма роста с двухмерного, планарного, на трехмерный, островковый. Определены параметры роста, необходимые для получения массивов самоформирующихся островков Ge (Si) с разбросом по размерам менее 10%. Установлена связь между параметрами (размерами, составом и поверхностной плотностью) Ge (Si) и их спектрами люминесценции. Получены структуры, демонстрирующие при комнатной температуре сигнал фото- и электролюминесценции в области длин волн 1.3−1.7 мкм. С использованием светодиода с островками Ge (Si) в качестве источника излучения продемонстрирована оптическая связь между гетероструктурами SiGe, выращенными на кремниевых подложках. Показана возможность управления положением и шириной сигнала люминесценции островков за счет их роста на релаксированных буферных слоях SiGe/Si (001) и встраивания в растянутые слои Si. Получено многократное усиление на резонансах Ми фотолюминесценции наноостровков Ge (Si) в кремниевых нанодисках в области длин волн 1,3−1,5 мкм, что открывает перспективы создания эффективных наноразмерных источников света на основе полупроводниковых наноструктур, поддерживающих резонансы Ми, за счет инженерии дипольных мод как в отдельно взятом наноизлучателе, так и в группе связанных полем излучателей.

Публикации:

• В.Я.Алешкин, Н. А. Бекин, Н. Г. Калугин, З. Ф. Красильник, А. В. Новиков, В. В. Постников, Х.Сейрингер. Самоорганизующиеся наноостровки Ge в Si, полученные методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Письма в ЖЭТФ 67, 46 (1998)
• Z.F.Krasil'nik, N.V.Vostokov, S.A.Gusev, I.V.Dolgov, Yu.N.Drozdov, D.N.Lobanov, L.D.Moldavskaya, A.V.Novikov, V.V.Postnikov, D.O.Filatov. The elastic strain and composition of self-assembled GeSi islands on Si (001). Thin Solid Films 367, 171 (2000)
• З.Ф.Красильник, А. В. Новиков. Оптические свойства напряженных гетероструктур на основе Si1-xGex и Si1-x-yGexCy. УФН 170, 338 (2000)
• N.V.Vostokov, S.A.Gusev, Yu.N.Drozdov, D.N.Lobanov, L.D.Moldavskaya, A.V.Novikov, V.V.Postnikov, Z.F.Krasil'nik, M. Miura, N. Usami, Y. Shiraki, V.A.Uakhimchuk, M.Ya.Valax, N. Mestres, J.Pascual. The relation between composition and sizes of GeSi/Si (001) islands grown at different temperatures. Phys. Low-Dim. Struct., ¾, 295−302 (2001)
• A.V.Novikov, B.A.Andreev, N.V.Vostokov, Yu.N.Drozdov, Z.F.Krasil'nik, D.N.Lobanov, L.D.Moldavskaya, A.N.Yablonskiy, M. Miura, N. Usami, Y. Shiraki, M.Ya.Valakh, N. Mesters and J.Pascual. Strain-driven alloying: effect on sizes, shape and photoluminescence of GeSi/Si (001) self-assembled islands. Materials Science and Engineering B 89, 62 (2002)
• Z.F.Krasil'nik, P. Lytvyn, D.N.Lobanov, N. Mesters, A.V.Novikov, J. Pascual, M.Ya.Valakh and V.U.Yukhymchuk. Microscopic and optical investigation of Ge nanoislands on silicon substrates. Nanotechnology 13, 81 (2002).
• Н.В.Востоков, Ю. Н. Дроздов, З. Ф. Красильник, Д. Н. Лобанов, А. В. Новиков, А. Н. Яблонский. Низкоэнергетическая фотолюминесценция структур с GеSi/Si (001) самоорганизующимися наноостровками. Письма в ЖЭТФ 76, 425, (2002)
• D.N. Lobanov, A.V. Novikov, N.V. Vostokov, Y.N. Drozdov, A.N. Yablonskiy, Z.F. Krasilnik, M. Stoffel, U. Denker, O.G. Schmidt. Growth and photoluminescence of Ge (Si) self-assembled islands obtained during the deposition of Ge on a strained SiGe layer. Optical Materials 27, 818 (2005)
• N.V.Vostokov, Yu.N.Drozdov, D.N.Lobanov, A.V.Novikov, M.V.Shaleev, A.N.Yablonskii, Z.F.Krasilnik, A.N.Ankudinov, M.S.Dunaevskii, A.N.Titkov, P. Lytvyn, V.U.Yukhymchuk, M.Ya.Valakh. GeSi/Si (001) structures with self-assembled islands: growth and optical properties, in «Quantum Dots: Fundamentals, Applications, and Frontiers», pp.333−351, edited by B.A.Joyce et al., Springer 2005, printed in Netherlands (doi.org/10.1007/1−4020−3315-X₂₂)
• M.V. Shaleev, A.V. Novikov, A.N. Yablonskiy, Y.N. Drozdov, D.N. Lobanov, Z.F.Krasilnik, O.A. Kuznetsov. Photoluminescence of Ge (Si) self-assembled islands embedded in a tensile-strained Si layer. Appl. Phys. Lett. 88, 011914 (2006)
• A.V. Novikov, M. V. Shaleev, A. N. Yablonskiy, O. A. Kuznetsov, Yu. N. Drozdov, D. N. Lobanov, Z. F. Krasilnik. Intense photoluminescence from Ge (Si) self-assembled islands embedded in a tensile-strained Si layer. Semiconductor Science and Technology 22, S29 (2007)
• M. V. Shaleev, A. V. Novikov, A. N. Yablonskiy, Y. N. Drozdov, D. N. Lobanov, Z. F. Krasilnik, O. A. Kuznetsov. Photoluminescence of dome and hut shaped Ge (Si) self-assembled islands embedded in a tensile-strained Si layer. Appl. Phys. Lett. 91, 021916 (2007)
• D.N. Lobanov, A.V. Novikov, K.E. Kudryavtsev, A.N. Yablonskiy, A.V. Antonov, Yu.N. Drozdov, D.V. Shengurov, V.B. Shmagin, Z.F. Krasilnik, N.D. Zakharov, P. Werner. Electroluminescence and photoconductivity of GeSi heterostructures with self-assembled islands in the wavelength range 1.3−1.55 um. Physica E 41, 935 (2009)
• D.V. Yurasov, Yu.N. Drozdov, M.V. Shaleev, A.V. Novikov. Features of two-dimensional to three-dimensional growth mode transition of Ge in SiGe/Si (001) heterostructures with strained layers. Appl. Phys. Lett. 95, 151902 (2009). D.V. Yurasov, M.V. Shaleev, А.V. Novikov. Distinctions in the Ge wetting layer formation and self-assembled island nucleation between single- and multilayer SiGe/Si (001) structures. J. of Crystal Growth 313, 12 (2010)
• Z.F. Krasilnik, A.V. Novikov, D.N. Lobanov, K.E. Kudryavtsev, A.V. Antonov, S.V. Obolenskiy, N.D. Zakharov, P Werner. SiGe nanostructures with self-assembled islands for Si-based optoelectronics. Semicond. Sci. Technol. 26, 014029 (2011)
• М.В. Шалеев, А. В. Новиков, Н. А. Байдакова, А. Н. Яблонский, О. А. Кузнецов, Д. Н. Лобанов, З. Ф. Красильник. Ширина линии фотолюминесценции от Ge (Si) самоформирующихся островков, заключенных между напряженными Si слоями. ФТП 45, 202 (2011)
• Д.Н.Лобанов, А. В. Новиков, К. Е. Кудрявцев, М. В. Шалеев, Д. В. Шенгуров, З. Ф. Красильник, Н. Д. Захаров, P.Werner. Влияние толщины кремниевого разделительного слоя на электролюминесценцию многослойных структур с Ge (Si)/Si (001) самоформирующимися островками. ФТП 46, 1448 (2012)
• M.V. Shaleev, A.V. Novikov, D.V. Yurasov, J.M. Hartmann, O.A. Kuznetsov, D.N. Lobanov, Z.F. Krasilnik. Transition from planar to island growth mode in SiGe structures fabricated on SiGe/Si (001) strain-relaxed buffers. Appl. Phys. Lett. 101, 151601 (2012)
• Н.А. Байдакова, А. И. Бобров, М. Н. Дроздов, А. В. Новиков, Д. А. Павлов, М. В. Шалеев, П. А. Юнин, Д. В. Юрасов. Рост светоизлучающих SiGe гетероструктур на подложках «напряженный кремний на изоляторе» с тонким слоем окисла. ФТП 49, 1129 (2015)
• А.В. Новиков, М. В. Шалеев, Д. В. Юрасов, П. А. Юнин. Влияние шероховатости поверхности на смену режима роста с двумерного на трехмерный в SiGe напряженных гетероструктурах. ФТП 50, 1657 (2016)
• Н.А. Байдакова, А. В. Новиков, М. В. Шалеев, М. В. Юрасов, Е. Е. Морозова, Д. В. Шенгуров, З. Ф. Красильник. Электролюминесценция структур с самоформирующимися Ge (Si) наноостровками, заключенными между напряженными слоями кремния. ФТП, 50, 1685 (2016)
• V. Rutckaia, F. Heyroth, A. Novikov, M. Shaleev, M. I. Petrov, J. Schilling. Quantum dot emission driven by Mie resonances in silicon nanostructures. Nano Letters 17, 6886 (2017)