Abstract
A review of an important class of electronic materials, namely, Ge nanostructures, is given. This paper first discusses the geometrical aspects of the nanostructures, both epitaxially grown quantum dots and embedded nanocrystals. This is followed by a description of the structure. Structural techniques relying on long-range ordering, such as diffraction, are compared to methods depending on local bonding, namely Raman scattering and X-ray absorption fine structure. Merits and pitfalls of various techniques are also discussed. The review is concluded by a discussion of possible advanced applications of Ge nanostructures.
Similar content being viewed by others
References
B. A. Joyce and R. R. Bradley, Philos. Mag. 14 (1966) 289.
D. D. Vvedensky, “Epitaxial Growth of Semiconductors, in Low-dimensional Semiconductor Structures”, edited by K. Barnham and D. Vvedensky (Cambridge University Press, Cambridge, 2001) p. 1.
A. I. Ekimov, A. L. Efros and A. A. Onushchenko, Solid State Commun. 5 (1985) 921.
S. Hayashi, M. Fujii and K. Yamamoto, Jpn. J. Appl. Phys., Part 2 28 (1989) L1464.
Y. Kanemitsu, H. Uto, Y. Matsumoto and Y. Maeda, Appl. Phys. Lett. 61 (1992) 2187.
Y. Maeda, N. Tsukamoto, Y. Yazawa, Y. Kanemitsu and Y. Matsumoto, ibid. 59 (1992) 3168.
Y. Maeda, Phys. Rev. B 51 (1995) 1658.
M. Zacharias, J. Blasing, J. Christen, P. Veit, B. Dietrich and D. Bimberg, Superlatt. Microstruct. 18 (1995) 139.
A. Kolobov, H. Oyanagi, N. Usami, S. Tokumitsu, T. Hattori, S. Yamasaki, K. Tanaka, S. Ohtake and Y. Shiraki, Appl. Phys. Lett. 80 (2002) 488.
W. K. Choi, Y. W. Ho, S. P. Ng and V. Ng, J. Appl. Phys. 89 (2001) 2168.
M. Nogami and Y. Abe, Appl. Phys. Lett. 65 (1994) 2545.
A. Saito and T. Suemoto, Phys. Rev. B 56 (1997) R1688.
X. L. Wu, T. Gao, X. M. Bao, F. Yan, S. S. Jiang and D. Feng, J. Appl. Phys. 82 (1997) 2704.
J. G. Zhu, C. W. White, J. D. Budai, S. P. Withrow and Y. Chen, ibid. 78 (1995) 4386.
K. L. Teo, S. H. Kwok, P. Y. Yu and S. Guha, Phys. Rev. B 62 (2000) 1584.
A. Dowd, R. G. Ellimann and B. Luther-Davies, Appl. Phys. Lett. 79 (2001) 2327.
S. T. Ngiam, K. F. Jensen and K. D. Kolenbrander, J. Appl. Phys. 76 (1994) 8201.
K. M. Hassan, A. K. Sharma, J. Narayan, J. F. Muth, C. W. Teng and R. M. Kolbas, Appl. Phys. Lett. 75 (1999) 1222.
C. Shubert, U. Kaiser, A. Hedler, W. Wesch, T. Gorelik, U. Glatzel, J. Krausslich, B. Wunderlich, G. Hess and K. Goetz, J. Appl. Phys. 91 (2002) 1520.
O. Dag, A. Kuperman and G. A. Ozin, Adv. Mater. 6 (1994) 147.
A. Zunger, S. Wagner and P. M. Petroff, J. Electron. Mater. 22 (1993) 3.
A. Aparisi, V. Fornes, F. Marquez, R. Moreno, C. Lopez and F. Meseguer, Solid State Electron. 40 (1996).
C. L. Bowes, A. Malek and G. A. Ozin, Chem. Vapor. Deposit 2 (1996) 97.
H. Muguez, V. Fornes, F. Meseguer, F. Marquez and C. Lopez, Appl. Phys. Lett. 69 (1996) 2347.
H. Miguez, C. E. F. Garcia-Santamaria, M. Ibisate, S. John, C. Lopez, F. Meseguer, J. P. Mondia, G. A. Ozin, O. Toader and H. M. Van Driel, Adv. Mater. 13 (2001) 1634.
S. John and K. Busch, J. Lightwave Technol. 17 (1999) 1931.
K. Brunner, Rep. Prog. Phys. 65 (2002) 27.
A. A. Williams, J. M. C. Thornton, J. E. Macdonald, R. G. Van Silfhout, J. F. Van Der Veen, M. S. Finney, R. G. Johnson and C. Norris, Phys. Rev. B 43 (1991) 5001.
A. J. Steinfort, P. M. L. O. Schilte, A. Ettema, F. Tuinstra, M. Nielsen, E. Landmark, D. M. Smiglies, R. Feidenhans, G. Falkenberg, L. Seehofer and R. G. Johnson, Phys. Rev. Lett. 77 (1996) 2009.
J. Stangl, A. Daniel, V. Holy, T. Roch, G. Bauer, I. Kegel, H. Metzger, T. Wiebach, O. G. Schmidt and K. Eberl, Appl. Phys. Lett. 79 (2001) 1474.
T. Wiebach, M. Schmidbauer, M. Hanke, H. Raidt and R. Koeler, Phys. Rev. B 61 (2000) 5571.
T. U. Schulli, J. Stangl, Z. Zhong, R. T. Lechner, M. Sztucki, H. Metzger and G. Bauer, Phys. Rev. Lett. 90 (2003) 066105.
X. B. Liao, J. Zou, D. J. H. Cockayne, J. Qin, Z. M. Jiang, X. Wang and R. Leon, Phys. Rev. B 60 (1999) 15605.
A. V. Kolobov, H. Oyanagi, S. Wei, K. Brunner, G. Abstreiter and K. Tanaka, ibid. 66 (2002) 075319.
J. Tersoff and R. M. Tromp, Phys. Rev. Lett. 70 (1993) 2782.
R. Magalhaes-Paniago, G. Medeiros-Ribeiro, A. Malachias, S. Kycia, T. I. Kamins and R. S. Williams, Phys. Rev. B 66 (2002) 245312.
X. Wang, Z. Jiang, H. Zhu, F. Lu, D. Huang, X. Liu, C. Hi, Y. Chen, Z. Zhu and T. Yao, Appl. Phys. Lett. 71 (1997) 3543.
Y. Zhang, M. Floyd, J. Drucker and G. L. Kellogg, J. Appl. Phys. 90 (2001) 4748.
A. A. Shklyaev, M. Shibata and M. Ichikawa, Phys. Rev. B 58 (1998) 15647.
N. Motta, A. Sgarlata, R. Calarco, J. Castro Cal, Q. Nguyen, P. Prosposito, A. Balzarotti and M. De Crescenzi, J. Vac. Sci. Technol. B 16 (1998) 1555.
P. W. Deelman, L. J. Schowalter and T. Thundat, J. Vac. Sci. Technol. A 15 (1997) 930.
H. Omi and T. Ogino, Phys. Rev. B 59 (1999) 7524.
J. Zhu, C. Miesner, K. Brunner and G. Abstreiter, Appl. Phys. Lett. 75 (1999) 2398.
K. Sakamoto, H. Matsuhata, M. O. Tanner, D. Wang and K. L. Wang, Thin Solid Films 321 (1998) 55.
J. H. Zhu, K. Brunner and G. Abstreiter, Appl. Phys. Lett. 73 (1998) 620.
C. Lee and A. L. Barabasi, ibid. 73 (1998) 2651.
Y. H. Xie, S. B. Samavedam, M. Bulsara, T. A. Langdo and E. A. Fitzgerald, ibid. 71 (1997) 3567.
E. S. Kim, N. Usami and Y. Shiraki, ibid. 72 (1998) 1617.
T. I. Kamins, D. A. A. Ohlberg, R. S. Williams, W. Zhang and S. Y. Chou, ibid. 74 (1999) 1773.
G. Jin, J. L. Liu and K. L. Wang, ibid. 76 (2000) 3591.
T. Kitajima, B. Liu and S. R. Leone, ibid. 80 (2002) 497.
G. Jin, J. L. Liu, S. G. Thomas, Y. H. Luo and K. L. Wang, ibid. 75 (1999) 2752.
Z. Zhong, A. Halilovoc, M. Muhlberger, F. Schaffler and G. Bauer, ibid. 82 (2003) 445.
A. A. Shklyaeve, M. Shibata and M. Ichikawa, ibid. 72 (1998) 320.
Y. P. Zhang, L. Yan, S. S. Xie, S. J. Pang and H. J. Gao, ibid. 79 (2001) 3317.
V. Le Thanh, V. Vam, P. Boucaud, F. Fortuna, C. Ulysse, D. Bouchier, L. Vervoort and J. M. Lourtioz, Phys. Rev. B 60 (1999) 5851.
G. Medeiros-Ribeiro, A. M. Bratkovski, T. I. Kamins, D. A. A. Ohlberg and R. S. Williams, Science 279 (1998) 353.
T. I. Kamins, E. C. Carr, R. S. Williams and S. J. Rosner, J. Appl. Phys. 81 (1997) 211.
R. S. Williams, G. Medeiros-Ribeiro, T. I. Kamins and D. A. A. Ohlberg, J. Phys. Chem. B 102 (1998) 9605.
Y. Wakayama, G. Gerth, P. Werner and U. Gosele, Appl. Phys. Lett. 77 (2000) 2328.
H. J. Kim and Y. H. Xie, ibid. 79 (2001) 263.
C. S. Peng, Q. Huang, W. Q. Cheng, J. M. Zhou, Y. H. Zhang, T. T. Sheng and C. H. Tung, ibid. 72 (1998) 2541.
O. G. Schmnidt, C. Lange, K. Eberl, O. Kienzle and F. Ernst, ibid. 71 (1997) 2340.
Y. Wakayama, L. V. Sokolov, N. Zakharov and G. P. Werner, U., ibid. 93 (2003) 765.
M. W. Dashiell, U. Denker, C. Muler, G. Gostantini, C. Manzano, K. Kern and O. G. Schmidt, ibid. 80 (2002) 1279.
A. Shklyaev and M. Ichikawa, ibid. 80 (2002) 1432.
A. Kolobov, S. Wei, W. S. Yan, H. Oyanagi, Y. Maeda and K. Tanaka, Phys. Rev. B 67 (2003) 075319.
V. Craciun, W. Boyd, A. H. Reader and D. E. W. Vanderhoudt, Appl. Phys. Lett. 65 (1994) 3233.
M. Fujii, S. Hayashi and K. Yamamoto, ibid. 57 (1990) 2692.
Y. Saito, J. Cryst. Growth 47 (1979) 61.
S. Sato, S. Nozaki, H. Morisaki and M. Iwase, Appl. Phys. Lett. 66 (1995) 3176.
S. Nozaki, S. Sato, H. Ono, H. Morisaki and M. Iwase, Mater. Res. Soc. Symp. Proc. 405 (1996) 223.
S. Sato, S. Nozaki and H. Morisaki, Appl. Phys. Lett. (1998).
F. P. Bundy and J. S. Kasper, Science 139 (1963) 340.
J. D. Joannopoulos and M. L. Cohen, Phys. Rev. B 7 (1973) 2644.
T. P. Martin, T. Bergmann, H. Gohlich and T. Lange, J. Chem. Phys. 95 (1991) 6421.
L. Pizzagalli, G. Gali, J. E. Klepeis and F. Gygi, Phys. Rev. B 63 (2001) 165324.
Z. F. Krasil'nik, P. Lytvyn, D. N. Lobanov, N. Mestres, A. V. Novikov, J. Pascual, M. Y. Valakh and V. A. Yakhumchuk, Nanotechnol. 13 (2002) 81.
J. M. Zhang, M. Gieler, A. Goebel, M. Cardona, E. E. Haller and K. Itoh, Phys. Rev. B 57 (1998) 1348.
P. A. Temple and C. E. Hathaway, ibid. 7 (1973) 3685.
K. Uchinokura, T. Sekine and E. Matsuura, J. Phys. Chem. Solids 35 (1974) 171.
A. Kolobov and K. Tanaka, Appl. Phys. Lett. 75 (1999) 3572.
A. V. Kolobov, J. Vac. Sci. Technol. A 20 (2002) 1116.
A. V. Kolobov, J. Appl. Phys. 87 (2000) 2926.
A. Kolobov and K. Tanaka, Appl. Phys. Lett. 78 (2001) 3550.
K. L. Teo, L. Qin, Z. X. Shen and O. G. Schmidt, ibid. 80 (2002) 2919.
A. Kolobov, K. Morita, K. M. Itoh and E. E. Haller, ibid. 81 (2002) 3855.
S. Hayashi and H. Abe, Jpn. J. Appl. Phys. 23 (1984) L824.
V. Madigson, D. V. Regelman, R. Beserman and K. Dettmer, Appl. Phys. Lett. 73 (1998) 1044.
A. Kolobov, Y. Maeda and K. Tanaka, J. Appl. Phys. 88 (2000) 3285.
F. K. Legoues, R. Rosenberg, T. Nguyen, F. Himpsel and B. S. Meyerson, J. Appl. Phys. 65 (1989) 1724.
A. L. Ankudinov, B. Ravel, J. J. Rehr and S. Conradson, Phys. Rev. B 58 (1998) 7565.
A. V. Kolobov, H. Oyanagi, K. Brunner, P. Schittenhelm, G. Abstreiter and K. Tanaka, Appl. Phys. Lett. 86 (2001) 451.
F. Boscherini, G. Capellini, L. Di Gaspare, F. Rosei, N. Motta and S. Mobilio, ibid. 76 (2000) 682.
F. Boscherini, G. Capellini, L. Di Gaspare, M. De Seta, F. Rosei, A. Sgarlata, N. Motta and S. Mobilio, Thin Solid Films 380 (2000) 173.
F. Rosei, N. Motta, A. Sgarlata, G. Capellini and F. Boscherini, ibid. 369 (2000) 29.
A. Kolobov, H. Oyanagi, A. Frenkel, J. Robinson, J. Cross, S. Wei, K. Brunner, G. Abstreiter, A. Shklyaev, M. Ichikawa, Y. Maeda, S. Yamasaki and K. Tanaka, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. 199 (2003) 174.
N. Motta, F. Rosei, A. Sgarlata, G. Gapellini, S. Mobilio and F. Boscherini, Mater. Sci. Eng. B 88 (2002) 264.
Y. L. Soo, G. Kioseoglou, S. Huang, S. Kim and Y. H. Kao, Appl. Phys. Lett. 78 (2001) 3685.
Z. Kovats, M. Rauscher, H. Metzger, J. Peisl, R. Paniago, H. D. Pfannes, F. Boscherini and S. Ferrer, Phys. Rev. B 62 (2000) 8223.
A. Kolobov, A. Shklyaev, H. Oyanagi, P. Fons, S. Yamasaki and M. Ichikawa, Appl. Phys. Lett. 78 (2001) 2563.
M. Ishii, Jpn. J. Appl. Phys. Part I 41 (2002) 4415.
S. J. Kahng, Y. H. Ha, D. W. Moon and Y. Kuk, J. Vac. Sci. Technol. A 18 (2000).
A. Ikeda, K. Sumitomo, T. Nishioka, T. Yasue, T. Koshikawa and Y. Kido, Surf. Sci. 385 (1997) 200.
K. Nakajima, A. Konishi and K. Kimura, Phys. Rev. Lett. 83 (1999) 1802.
A. Frenkel, A. Kolobov, I. K. Robinson, J. O. Cross, Y. Maeda and C. E. Bouldin, ibid. 89 (2002) 285503.
K. L. Wang, J. L. Liu and G. Jin, J. Cryst Growth 237–239 (2002) 1892.
Y. Q. Wang, G. L. Kong, W. D. Chen, H. W. Diao, C. Y. Chen, S. B. Zhang and X. B. Liao, Appl. Phys. Lett. 81 (2002) 4174.
C. S. Lent, P. D. Tougaw, W. Porod and G. H. Bernstein, Nanotechnol. 4 (1993) 19.
V. N. Tondare, B. I. Birajdar, N. Pradeep, D. S. Joag, A. Lobo and S. K. Kulkami, Appl. Phys. Lett. 77 (2000) 2394.
D. V. Averin and K. K. Likharev, J. Low-Temp. Phys. 62 (1986) 345.
S. Banerjee, S. Nozaki and H. Morisaki, Appl. Phys. Lett. 76 (2000) 445.
S. Banerjee, S. Nozaki and H. Morisaki, J. Appl. Phys. 91 (2002) 4307.
W. K. Choi, W. K. Chim, C. L. Heng, L. W. Teo, V. Ho, V. Ng, D. A. Antoniadis and E. A. Fitzgerald, Appl. Phys. Lett. 80 (2002) 2014.
F. Meseguer, A. Blanco, H. Miguez, F. Garcia-Santamaria, M. Ibisate and C. Lopez, Coll. Surf. 202 (2002) 281.
Y. E. Jie, Y. N. Xiong, A. T. S. Wee, C. H. A. Huan and W. Ji, Appl. Phys. Lett. 77 (2000) 3926.
J. Nishii, K. Kintaka, H. Hosono, H. Kawazoe, M. Kato and K. Muta, Phys. Rev. B 60 (1999) 7166.
I. Shlimak, I. Vagner and V. I. Safarov, in Proceedings of the 25th International Conference on the Physics of Semiconductors, Springer, Osaka, 2000.
I. Kegel, T. H. Metzger, J. Peisl, P. Schittenhelm and G. Abstreiter, Appl. Phys. Lett. 74 (1999) 2978.
Author information
Authors and Affiliations
Rights and permissions
About this article
Cite this article
Kolobov, A.V. Ge nanostructures: average and local structure. Journal of Materials Science: Materials in Electronics 15, 195–203 (2004). https://doi.org/10.1023/B:JMSE.0000012455.87480.9b
Issue Date:
DOI: https://doi.org/10.1023/B:JMSE.0000012455.87480.9b