Влияние Ge нанослоев и квантовых точек на фотолюминесцентные свойства гетероструктур с множественными квантовыми ямами GeSiSn/Si
Работа выполнена в рамках государственного задания Минобрнауки России для Института физики полупроводников им. А.В. Ржанова Сибирского отделения Российской академии наук, FWGW-2024-0001
Коляда Д.В.1, Фирсов Д.Д.1, Комков О.С.1, Скворцов И.В.2, Машанов В.И.2, Лошкарев И.Д.2, Тимофеев В.А.2
1Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина), Санкт-Петербург, Россия
2Институт физики полупроводников СО РАН им. А.В. Ржанова, Новосибирск, Россия

Email: kolyada.dima94@mail.ru, d.d.firsov@gmail.com, okomkov@yahoo.com, i.skvortsov@isp.nsc.ru, mash@isp.nsc.ru, idl@isp.nsc.ru, Vyacheslav.t@isp.nsc.ru
Поступила в редакцию: 11 августа 2025 г.
В окончательной редакции: 2 сентября 2025 г.
Принята к печати: 7 сентября 2025 г.
Выставление онлайн: 21 октября 2025 г.
В работе исследованы гетероструктуры, включающие множественные квантовые ямы GeSiSn/Si с тонкими германиевыми слоями. Отдельно были рассмотрены структуры с германиевыми квантовыми точками, размещенными поверх квантовых ям. Рост гетероструктур осуществлялся на кремниевых подложках методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Структурные исследования с использованием метода рентгеновской дифракции подтвердили упругонапряженное состояние слоев. Методом спектроскопии фотолюминесценции выявлено, что увеличение толщины германиевого слоя приводит к смещению пика излучения множественных квантовых ям в длинноволновую область, при этом экспериментальные значения энергетических переходов хорошо коррелируют с теоретическими расчетами. Использование германиевых квантовых точек, выращенных поверх квантовых ям GeSiSn/Si, позволяет добиться дальнейшего длинноволнового сдвига излучения. Полученные результаты демонстрируют эффективность точной настройки энергетических характеристик гетероструктур посредством вариации параметров добавляемых слоев и открывают перспективы для разработки высокоэффективных инфракрасных излучающих устройств. Ключевые слова: множественные квантовые ямы, инфракрасная Фурье-спектроскопия, квантовые точки, германиевые нанослои, молекулярно-лучевая эпитаксия, рентгеновская дифрактометрия.
- G. Daligou, R. Soref, Anis Attiaoui, Md.J. Hossain, M.R.M. Atalla, P.D. Vecchio, O. Moutanabbir. IEEE JPV 13, 5, 728 (2023)
- C. Xu, L. Jiang, J. Kouvetakis, J. Menendez. Appl. Phys. Lett. 103, 7, 072111 (2013)
- G. Sun, R. Soref, J. Khurgin, S. Yu, G. Chang. Technical Digest Series (Optica Publishing Group) JW2A119 (2023)
- M.R.M. Atalla, S. Assali, G. Daligou, A. Attiaoui, S. Koelling, P. Daoust, O. Moutanabbir. ACS Photonics 11, 3, 1335 (2024)
- K.L. Low, Y. Yang, G. Han, W. Fan, Y.-C. Yeo. J. Appl. Phys. 112, 10, 103715 (2012)
- M. Oehme, M. Schmid, M. Kaschel, M. Gollhofer, D. Widmann, E. Kasper, J. Schulze. Appl. Phys. Lett. 101, 14, 141110 (2012)
- S. Gupta, B. Magyari-Kope, Y. Nishi, K.C. Saraswat. J. Appl. Phys. 113, 7, 073707 (2013)
- T.R. Harris, M.Y. Ryu, Y.K. Yeo, B. Wang, C.L. Senaratne, J. Kouvetakis. J. Appl. Phys. 120, 8, 085706 (2016)
- S. Wirths, R. Geiger, N. von den Driesch, G. Mussler, T. Stoica, S. Mantl, Z. Ikonic, M. Luysberg, S. Chiussi, J.M. Hartmann, H. Sigg, J. Faist, D. Buca, D. Grutzmacher, Nature Photonics 9, 88 (2015)
- A. Elbaz, D. Buca, N. von den Driesch, K. Pantzas, G. Patriarche, N. Zerounian, E. Herth, X. Checoury, S. Sauvage, I. Sagnes, A. Foti, R. Ossikovski, J.-M. Hartmann, F. Boeuf, Z. Ikonic, P. Boucaud, D. Grutzmacher, M. El Kurdi. Nat. Photonics 14, 375 (2020)
- Y. Zhou, S. Ojo, C.-W. Wu, Y. Miao, H. Tran, J.M. Grant, G. Abernathy, S. Amoah, J. Bass, G. Salamo, W. Du, G.-En Chang, J. Liu, J. Margetis, J. Tolle, Y.-H. Zhang, G. Sun, R.A. Soref, B. Li, S.-Q. Yu. Photon. Res. 10, 1, 222 (2022)
- Y. Zhou, Y. Miao, S. Ojo, H. Tran, G. Abernathy, J.M. Grant, S. Amoah, G. Salamo, W. Du, J. Liu, J. Margetis, J. Tolle, Y. Zhang, G. Sun, R.A. Soref, B. Li, S.-Q. Yu. Optica 7, 8, 924 (2020)
- J. Nicolas, S. Assali, S. Mukherjee, A. Lotnyk, O. Moutanabbir. Cryst. Growth Des. 20, 5, 3493 (2020)
- P.R. Pukite, A. Harwit, S.S. Iyer. Appl. Phys. Lett. 54, 21, 2142 (1989)
- J. Xie, A.V.G. Chizmeshya, J. Tolle, V.R. D'Costa, J. Menendez, J. Kouvetakis. Chemistry of Materials 22, 3779 (2010)
- V. Timofeev, A. Nikiforov, A. Tuktamyshev, V. Mashanov, M. Yesin, A. Bloshkin. Nanoscale Res. Lett. 13, 29 (2018)
- S. Assali, J. Nicolas, O. Moutanabbir. J. Appl. Phys. 125, 2, 025304 (2019)
- V. Timofeev, V.I. Mashanov, A.I. Nikiforov, I.D. Loshkarev, I.V. Skvortsov, D.V. Gulyaev, I.V. Korolkov, D.V. Kolyada, D.D. Firsov, O.S. Komkov. Rus. Phys. J. 64, 1505 (2021)
- D.V. Kolyada, D.D. Firsov, V.A. Timofeev, V.I. Mashanov, A.A. Karaborchev, O.S. Komkov. Semiconductors 56, 8, 547 (2022)
- V. Timofeev, I. Skvortsov, V. Mashanov, A. Nikiforov, D. Kolyada, D. Firsov, O. Komkov, S. Samadov, A. Sidorin, O. Orlov. J. Vac. Sci. Technol. B 42, 8, 030601 (2024)
- N. von den Driesch, D. Stange, D. Rainko, I. Povstugar, P. Zaumseil, G. Capellini, T. Schroder, T. Denneulin, Z. Ikonic, J.-M. Hartmann, H. Sigg, S. Mantl, D. Grutzmacher, D. Buca. Adv. Sci. 5, 6, 1700955 (2018)
- R. Soref. Nature Photonics 4, 495 (2010)
- G. Sun, R.A. Soref, H.H. Cheng. Opt. Express 18, 19, 19957 (2010)
- V.A. Timofeev, V.I. Mashanov, A.I. Nikiforov, I.V. Skvortsov, A.E. Gayduk, A.A. Bloshkin, I.D. Loshkarev, V.V. Kirienko, D.V. Kolyada, D.D. Firsov, O.S. Komkov. Appl. Surf. Sci. 593, 153421 (2022)
- R. Bar, A.K. Katiyar, R. Aluguri, S.K. Ray. Nanotechnology 28, 29, 2095201 (2017)
- V. Schlykow P. Zaumseil, M.A. Schubert, O. Skibitzki, Y. Yamamoto, W.M. Klesse, Y. Hou, M. Virgilio, M. De Seta, L. Di Gaspare, T. Schroeder, G. Capellini. Nanotechnology 29, 41, 415702 (2018)
- F. Oliveira, I.A. Fischer, A. Benedetti, M.F. Cerqueira, M.I. Vasilevskiy, S. Stefanov, S. Chiussi, J. Schulze. J. Appl. Phys. 117, 12, 125706 (2015)
- V. Timofeev, I. Skvortsov, V. Mashanov, A. Nikiforov, I. Loshkarev, A. Bloshkin, V. Kirienko, D. Kolyada, D. Firsov, O. Komkov. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics 31, 1, 8200108 (2025)
- D.D. Firsov, O.S. Komkov, V.A. Solov'ev, P.S. Kop'ev, S.V. Ivanov. J. Phys. D: Appl. Phys. 49, 28, 285108 (2016)
- V.A. Timofeev, I.V. Skvortsov, V.I. Mashanov, A.E. Gayduk, A.A. Bloshkin, V.V. Kirienko, D.E. Utkin, A.I. Nikiforov, D.V. Kolyada, D.D. Firsov, O.S. Komkov. Appl. Surf. Sci. 659, 159852 (2024)