Optical properties of Ge-richGe1−xSixalloys: Compositional dependence of the lowest direct and indirect gaps

Abstract

Ge-rich Ge 1-x Si x alloys have been investigated using spectroscopic ellipsometry and photoluminescence at room temperature. Special emphasis was placed on the compositional dependence of the lowest-energy interband transitions. For x ≤ 0.05, a compositional range of particular interest for modern applications, we find E 0 = 0.799(1)+3.214(45)x+0.080(44)x 2 (in eV) for the lowest direct gap. The compositional dependence of the indirect gap is obtained from photoluminescence as E ind = 0.659(4)+1.18(17)x (in eV). We find no significant discrepancies between these results and extrapolations from measurements at higher Si concentrations. Such discrepancies had been suggested by recent work on Ge 1-x Si x films on Si. An accurate knowledge of the interband transition energies is an important requirement for the design of devices incorporating Ge-rich Ge 1-x Si x alloys and for the understanding of more complex systems, such as ternary Ge 1-x-y Si x Sn y alloys, in terms of its binary constituents.

Сравнительный анализ люминесценции слоев Ge : Sb, выращенных на подложках Ge(001) и Si(001)

“…Концентрация электронов в слоях Ge : Sb/Ge(001) была оценена из анализа результатов их холловских измерений для двух толщин Ge-подложки в предположении линейного по толщине вклада подложки в холловское напряжение. В то же время ранее было показано [11,19], что концентрация электрически активной сурьмы в слоях Ge : Sb/Si(001) может быть определена из анализа вносимой примесью деформации кристаллической решетки Ge, которая может быть количественно измерена с помощью рентгенодифракционного анализа. Выполненные исследования структур Ge : Sb/Ge(001) показали, что концентрация электрически активной сурьмы, определенная из рентгенодифракционного анализа, и концентрация электронов, оцененная из холловских измерений, оказались близкими.…”

“…a -спектры ФЛ структур Ge : Sb/Ge(001) с N(Sb) = 8 • 10 18 (1), 2 • 10 19 см −3 (2), 7 • 1019 (3) и 1.8 • 10 20 см −3 (4), отмечены пики, связанные с непрямыми (L) и прямыми (Ŵ) оптическими переходами. b -зависимость отношения интегральных интенсивностей сигналов ФЛ, связанных с прямыми оптическими переходами, I dir , и с непрямыми переходами, I indir , от концентрации электронов N(e) в слоях Ge : Sb/Ge(001): точки -экспериментальные результаты, полученные из обработки спектров ФЛ подложки Ge(001) и структур Ge : Sb/Ge(001), сплошная кривая -зависимость числа электронов в Ŵ-долине, нормированная на общее число электронов в структуре из работы[9].…”

Investigation of the photophysical properties of energy-relevant inorganic nanocrystals

“…Ge-based materials have garnered significant attention recently as alternatives to other well-studied luminescent semiconductors, such as cadmium and lead chalcogenides. 9,45 Materials made of elemental Ge have band gaps in the 0.67 to 1.6 eV range for bulk and highly confined (~2-3 nm) nanocrystals, respectively. 46 The large blue shift in the band gap of the nanocrystals is due to size-dependent quantum confinement.…”

“…55 Band gap characteristics of related Ge-rich Ge1-xSix films have also been studied as a step toward the design of ternary systems based on Si, Ge, and Sn. 45 Over the last decade, various methods to prepare Ge nanocrystals have been developed. Reduction of germanium halides (GeCl4, GeBr2, GeI2 or GeI4) using strong reducing agents (NaBH4, LiAlH4, etc.)…”

Observation of Phase-Filling Singularities in the Optical Dielectric Function of Highly Doped n -Type Ge

“…This smears out the singularities and makes it difficult to differentiate between optical effects induced by doping and those related to the introduction of defects. Very recently, however, there has been a revival of interest in n-type Ge as possible laser gain medium, and this has led to the development of new in situ doping methods [9][10][11][12][13] that preserve the crystal quality and make it possible to obtain extremely flat doping profiles. In this letter we report the observation of phase filling singularities in such in situ-doped n-type Ge films.…”