Формирование аморфных нанокластеров и нанокристаллов германия в пленках GeSi-=SUB=-x-=/SUB=-O-=SUB=-y-=/SUB=- на кварцевой подложке с использованием печных и импульсных лазерных отжигов

Abstract

Пленки нестехиометрических германосиликатных стекол GeO0.5[SiO2]0.5 и GeO0.5[SiO]0.5 получены соиспарением порошков GeO2 и SiO либо SiO2 и напылением на холодную подложку из плавленого кварца в высоком вакууме. Затем пленки подвергались печным либо импульсным лазерным отжигам (XeCl лазер, λ=308 нм, длительность импульса 15 нс). Свойства образцов были исследованы с применением методов спектроскопии пропускания и отражения, спектроскопии комбинационного рассеяния света и фотолюминесценции. Как показал анализ спектров комбинационного рассеяния света, осажденная при температуре подложки 100oC пленка GeO[SiO] содержала кластеры аморфного германия, а в спектрах комбинационного рассеяния света осажденной при той же температуре пленки GeO[SiO2] сигнала от колебаний связей Ge-Ge не обнаружено. Край оптического поглощения исходной пленки GeO[SiO2] составлял ~ 400 нм, а в пленке GeO[SiO] наблюдалось поглощение вплоть до ближнего инфракрасного диапазона, очевидно, вследствие поглощения на германиевых нанокластерах. Отжиги приводили к длинноволновому сдвигу края поглощения. После отжига при 450oC в пленке GeO[SiO2] были обнаружены кластеры аморфного германия, а после отжига при 550oC, а также после импульсного лазерного отжига в ней обнаружены нанокристаллы германия. Для кристаллизации аморфных нанокластеров в пленке GeO[SiO] потребовался отжиг при температуре 680oC. При этом размеры нанокластеров Ge в ней были меньше, чем в пленке GeO[SiO2]. С применением импульсного лазерного отжига не удалось кристаллизовать кластеры германия в пленке GeO[SiO]. Очевидно, чем меньше размер полупроводниковых нанокластеров в диэлектрической матрице, тем труднее их кристаллизовать. В спектрах фотолюминесценции отожженных пленок при низкой температуре обнаружены сигналы, которые обусловлены либо дефектами, либо кластерами германия. Ключевые слова: германосиликатные стекла, нанокластеры германия, кристаллизация, импульсный лазерный отжиг.