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A U S G E w ä H L T E P R O J E K T E – S E L E C T E d P R O J E C T S im Volmer-Weber-Modus auf, so dass synchrotronbasierte Röntgentechniken (Kleinwinkelstreuung & anomale Beugung) zum Studium der Ge-Nanocluster-Verteilung (Größe, Form, Abstand, Stöchiometrie) zur Anwendung kamen. Nach der Koaleszenz der Inseln bildet sich bei geeigneten Wachstumsparametern ein atomar flacher, geschlossener Ge(111)-Film, der einkristallin ist und eine Typ-A - Epitaxie in Bezug zum Si(111) zeigt. Die Transmissions-Elektronenmikroskopie belegt, dass partielle Dislokationen die dominierenden Defekte in dem Ge(111)-Film sind und vorwiegend durch atomare Rauhigkeit des Oxid-Trägers induziert werden. for Ge heteroepitaxy. A Volmer–Weber growth mode is observed and Synchrotron-based XRD, including small angle & anomalous scattering, was applied to determine the Ge nanocluster shape, size, distance & stoichiometry. After island coalescence, atomically smooth Ge(111) layers with type A stacking with respect to Si(111) are formed. transmission electron microscopy reports that partial dislocations are the prevailing defects in the Ge film, mainly induced by atomic roughness of the oxide. Abb. 34: Transmissionselektronenmikroskopie einkristalliner Ge(111)-Filme auf Pr 2 O 3 / Si(111)-Heterostrukturen. Fig. 34: transmission electron microscopy of single crystalline Ge(111) layers on Pr 2 O 3 / Si(111) heterostructures. A n n u A l R e p o R t 2 0 0 7 6
Stark-Effekt der D-Band-Lumineszenz von Versetzungen in Si 66 A n n u A l R e p o R t 2 0 0 7 A U S G E w ä H L T E P R O J E K T E – S E L E C T E d P R O J E C T S Unser Ziel war die Untersuchung der Möglichkeit für eine elektrische Modulation der Versetzungs-Lumineszenz in Si. Der Einsatz der optischen Datenübertragung auf dem Chip ist für zukünftige Schaltkreis-Generationen erforderlich. Schlüsselkomponenten dafür, die mit der Si- Technologie herstellbar und auf dem Chip integrierbar sind, wurden bereits demonstriert. So haben wir einen CMOS-kompatiblen elektrisch gepumpten Lichtemitter entwickelt, der das 1,5-µm-Licht von Versetzungen ausnutzt. Dabei ist es erstrebenswert, diese LED mit einem schnellen elektro-optischen Modulator in einem Bauelement kombinieren zu können. Versetzungsreiche Gebiete mit entsprechender Lumineszenz lassen sich reproduzierbar herstellen (a) durch direktes Waferbonden, was zur Formierung eines Versetzungsnetzwerkes führt, oder (b) durch Implantation von Si-Ionen und anschliessende Ausheilung, was zur Bildung von Versetzungsschleifen führt. Die elektrische Anregung kann über das Tunneln von Ladungsträgern durch eine dünne Oxidschicht (MOS-LED) oder über Trägerinjektion durch einen pn-Übergang (pn-LED) in der Nähe der aktiven Versetzungsregion erfolgen. Beispiele für Elektrolumineszenz (EL) und Photolumineszenz (PL) der bei verschiedenen Temparaturen von den Versetzungen in einer pn-LED abgestrahlten Spektren sind in Abb. 35 gezeigt. Die Abbildung zeigt die D1-D3-Banden, wobei die D1-Linie dominiert. Es ist zu beobachten, dass sich die Positionen der Linien in den EL- und PL-Spektren bei zunehmender Injektion zu höherer Energie verschieben. Der diese Verschiebung verursachende Mechanismus kann auf den quadratischen Stark-Effekt zurückgeführt werden, der den Einfluss von lokalen elektrischen Feldern auf die Energie von exzitonischen optischen Übergängen beschreibt. Bei geringem Injektionsniveau, „sehen“ die Zentren, die die Versetzungslumineszenz verursachen, ein starkes elektrisches Feld am pn-Übergang. Dadurch wird die Energie der optischen Übergänge reduziert und die D-Linien werden rot verschoben. Stark Effect for dislocation Related d-band Luminescence in Si our goal was to demonstrate a possibility for electrical modulation of dislocation related D-band luminescence in Si. on-chip optical interconnects will be essential for future integrated circuits. Many key components that can be integrated on the chip have already been demonstrated by Si technology. previously, we have demonstrated a CMoS-compatible, electrically pumped Si-based light emitter at 1.5 µm based on D-band luminescence. For larger integration it would be advantageous to combine the leD with a fast electrooptical modulator within one device. Dislocation-rich D-band active regions can be reproducibly formed (a) by direct wafer bonding resulting in formation of dislocation network or (b) by Si implantation followed by an annealing, resulting in a dislocation loop-rich region. the electrical excitation could be realised by tunnelling of carriers through an oxide layer (MoS-leD) or by carrier injection via p-n junction (p-n leD) located close to the active region. examples of the electroluminescence (el) and photoluminescence (pl) D-band spectra from a pnleD detected at various temperatures are presented in Fig. 35. the figure shows strong D1-D3 lines with prevailing D1 peak. note that the position of maximal intensity of D-lines shifts to higher energies with an increase in the carrier injection level in both el and pl. the mechanism responsible for the shift is related to the quadratic Stark effect, i.e. an influence of local electric fields on the energy of excitonic optical transitions. At low carrier injection level, the centres responsible for D-lines are in the strong electric field of the neighbouring pn-junction. the transition energy becomes smaller and D-band peaks are red-shifted. An increase in the carrier injection level suppresses the junction field leading to the blue shift of the Dband peaks. the dependence of the shift magnitude on the electric field of the junction corresponds well to that predicted by the Stark effect (Fig. 36).
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