Photolumineszenz-Spektroskopie an Si(1-x)Ge(x)/Si Heterostrukturen

Hartmann, A.

Book/Report

FZJ-2018-04548

Photolumineszenz-Spektroskopie an Si(1-x)Ge(x)/Si Heterostrukturen

Hartmann, A. (Corresponding author)FZJ*

1993
Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag Jülich

Jülich : Forschungszentrum Jülich GmbH Zentralbibliothek, Verlag, Berichte des Forschungszentrums Jülich 2842, VIII, 122 p. (1993)

Please use a persistent id in citations: http://hdl.handle.net/2128/19432

Report No.: Juel-2842

Abstract: Mit zunehmender Schichtdicke entwickelt sich im Photolumineszenz-Spektrum LPCVD-gewachsener Schichten ein breites, sehr intensives Band (T-Band), das in Position und Linienform mit dem zuerst von No$\ddot{e}$l et al. 1990 gefundenen und seitdem häufig diskutierten breiten PL-Band übereinstimmt. Ein PL-Tiefenprofil zeigt, daß das T-Band von Zentren in der SiGe-Schicht hercorgerufen wird. Das T-Band wurde in Si$_{1-x}$Ge$_{x}$-Proben des Konzentrationsbereiches 0.03 $\le$ $\chi$ $\le$ 0.21 untersucht. Es stellt sich heraus, daß das T-Band-Maximum im gesamten Konzentrationsbereich einen energetischen Abstand von ca. 110 meV zur Bandlücke hat und seine Halbwertsbreite mit der Ge-Konzentration von 30 auf 130 meV zunimmt. Bei anregungsdichteabhängigen PL-Messungen zeigt die T-Band-Kuminiszenz zwei Bereiche: Im anfänglichen, linearen Bereich beobachtet man eine Verschiebung des T-Band-Maximums zu höherer Energie. Im darauffolgen Semi-Sättigungsbereich hingegen bleibt die T-Band-Position konstant. Dieses Verhalten läßt sich durch ein Auffüllen einer kontinuierlichen Zustandsdichte von Bindungszuständen erklären, beginnene bei kleinen Energien, bis alle Bindungszustände gleichermaßen am Lumineszenzprozeß teilnehmen. Temperaturabhängige PL-Messungen ermöglichen die Bestimmung zweier Deaktivierungsenergien. Diese Daten führen zu dme Schluß, daß das T-Band von einem isoelektronisch gebundenen Exziton hervorgerufen wird. Von dieser These ausgehend wird die Frage gestellt, wie die große energetische Breite des T-Bandes zu erklären ist. Es wurde ein statistisches Linienformmodell entwickelt, welches drauf basiert, daß das isoelektronisch gebundene Exziton wegen der hohen Bindungsenergie auf ein kleines Volumen des Kristalles beschränkt ist. Deshalb findet es bei Bindungszentren an verschiedenen Orten, statistisch verteilt, eine unterschiedliche lokale Legierungszusammensetzung und somit eine unterschiedliche lokale Bandlücke vor. Das Linienformmodell ist in der Lage, durch Anpassen eines einzigen Parameters, des Bindungsradius, T-Band-Spektren verschiedener LPCVD-Proben zu beschreiben. Der erhaltene Radius von a$_{T}$ = 4.1 $\mathring{A}$ liegt innerhalb des aufgrund der Bindungsenergie erwarteten Bereiches. Das T-Band-Exziton stellt also eine sehr kleine Sonde dar, die empfindlich auf eine räumliche Variation der Legierungszusammensetzung durch Verbreitern der PL-Linie reagiert. In diesem Sinne wurde bei MBE-gewachsenen Schichten eine über das normale statistische Maß hinausgehende Fluktiation der Legierungszusammensetzung festgestellt. Ferner wurde das Verhalten des T-Bandes bei Temperung und Behandlung mit atomarem Wasserstoff untersucht, ohne daß dadurch jedoch die Identität des T-Band-Bindungszentrum geklärt werden konnte.

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