Формирование аморфных нанокластеров и нанокристаллов германия в пленках GeSi$_{x}$O$_{y}$ на кварцевой подложке с использованием печных и импульсных лазерных отжигов

Пленки нестехиометрических германосиликатных стекол GeO$_{0.5}$[SiO$_{2}$]$_{0.5}$ и GeO$_{0.5}$[SiO]$_{0.5}$ получены соиспарением порошков GeO$_{2}$ и SiO либо SiO$_{2}$ и напылением на холодную подложку из плавленого кварца в высоком вакууме. Затем пленки подвергались печным либо импульсным лазерным отжигам (XeCl лазер, $\lambda$ = 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 100$^\circ$C пленка GeO[SiO] содержала кластеры аморфного германия, а в спектрах комбинационного рассеяния света осажденной при той же температуре пленки GeO[SiO$_{2}$] сигнала от колебаний связей Ge–Ge не обнаружено. Край оптического поглощения исходной пленки GeO[SiO$_{2}$] составлял $\sim$400 нм, а в пленке GeO[SiO] наблюдалось поглощение вплоть до ближнего инфракрасного диапазона, очевидно, вследствие поглощения на германиевых нанокластерах. Отжиги приводили к длинноволновому сдвигу края поглощения. После отжига при 450$^\circ$C в пленке GeO[SiO$_{2}$] были обнаружены кластеры аморфного германия, а после отжига при 550$^\circ$C, а также после импульсного лазерного отжига в ней обнаружены нанокристаллы германия. Для кристаллизации аморфных нанокластеров в пленке GeO[SiO] потребовался отжиг при температуре 680$^\circ$C. При этом размеры нанокластеров Ge в ней были меньше, чем в пленке GeO[SiO$_{2}$]. 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.