WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |
Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 8 Исследование анизотропии пространственного распределения квантовых точек In(Ga)As в многослойных гетероструктурах In(Ga)As/GaAs методами рентгеновской дифрактометрии и просвечивающей электронной микроскопии © Н.Н. Фалеев¶, Ю.Г. Мусихин, А.А. Суворова, А.Ю. Егоров, А.Е. Жуков, А.Р. Ковш, В.М. Устинов, M. Tabuchi†, Y. Takeda† Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия Present address — Electrical Engineering Department, Texas Tech University, Lubbock, Texas, 79409, USA † Department of Materials Science and Engineering, Nagoya University, 464-8603 Nagoya, Japan (Получена 19 декабря 2000 г. Принята к печати 20 декабря 2000 г.) Методы высокоразрешающей рентгеновской и синхротронной дифрактометрии и просвечивающей электронной микроскопии применены для исследования многослойных структур In(Ga)As–GaAs с массивом вертикально совмещенных квантовых точек In(Ga)As в матрице GaAs, выращенных методом молекулярнопучковой эпитаксии. Показано, что в кристаллически совершенных структурах дополнительное (вертикальное и латеральное) пространственное упорядочение квантовых точек, вызывающее изгиб кристаллографических плоскостей и квазипериодическое распределение упругой деформации, существенно анизотропно по отношению к кристаллографическим направлениям типа [110]. Анизотропия формирующейся системы квантовых точек объясняется тем, что пространственное упорядочение квантовых точек и изгиб кристаллографических плоскостей являются начальными стадиями процесса релаксации упругих напряжений, вносимых в структуру квантовыми точками. Показано, что анизотропный рельеф кристаллографических плоскостей (гофрированная ростовая поверхность) обусловлен формированием системы пространственно упорядоченных квантовых квази-проволок, однородно заполненных квантовыми точками. В многослойной кристаллически совершенной гетероструктуре анизотропный рельеф кристаллографических плоскостей наследуется вышележащими слоями, постепенно уменьшаясь по амплитуде по мере удаления от источника упругих напряжений, в данном случае сверхструктуры, содержащей квантовые точки In(Ga)As.

1. Введение исследуемого объема [18], тогда как пространственного разрешения рентгеновских методов недостаточно для Гетероструктуры с квантовыми точками (КТ) явля- детальных исследований объектов такого размера.

ются очень интересными объектами для различных исРанее методами CTR (Crystal Truncation Rods) и высоследований [1–7] вследствие особенностей их электрокоразрешающей рентгеновской дифрактометрии [13–16] физических и оптических свойств, которые открывают было показано наличие в многослойных периодических перспективу создания на основе этих структур новых структурах с КТ InAs дополнительного дальнего порядка приборов, например, лазерных диодов с уникальными в латеральном упорядочении КТ, вызывающего в слоях параметрами [7,8]. Наряду с этим КТ являются новыс КТ изгиб кристаллографических плоскостей и обусломи и мало изученными структурными объектами, исвленное им квазипериодическое распределение упругой следование которых представляет значительный интедеформации. Было показано, что изгиб плоскостей и рес для понимания механизма эпитаксиального роста, степень латерального упорядочения КТ возрастают с процесса их формирования, для изучения особенностей увеличением общего числа пар слоев InAs–GaAs в пемеханизма релаксации упругих напряжений и генерации риодической части структуры, а параметр, характериструктурных дефектов. Особый интерес представляют зующий периодичность латерального упорядочения КТ, исследования структур, содержащих квантовые точки, соответствует среднему расстоянию между ними.

высоокоразрешающими методами рентгеновской и синИзвестно, что формирование на ростовой поверхности хротронной дифрактометрии и просвечивающей элекмассива трехмерных квантовых точек заметно влияет на тронной микроскопии (ПЭМ) [9–18]. Возможности этих процесс эпитаксиального роста, существенно изменяет дифракционных методов взаимно дополняют друг друга в сравнении с планарными слоями характер распределепри изучении упорядоченных наноразмерных объектов, в ния упругих напряжений. В периодических структурах, частности при исследовании их пространственного упосодержащих КТ, это приводит к появлению дополнительрядочения: возможности ПЭМ ограничены величиной ного вертикального [2,7,17,19] и латерального [13–16,19] ¶ упорядочения КТ и заметному изгибу кристаллографиE-mail: nfaleev@ttacs.ttu.edu, Fax: 1 (806) 742 8061. ческих плоскостей [16]. Можно предположить, что 970 Н.Н. Фалеев, Ю.Г. Мусихин, А.А. Суворова, А.Ю. Егоров, А.Е. Жуков, А.Р. Ковш, В.М. Устинов...

пространственное упорядочение КТ и изгиб кристалло- структура InGaAs–GaAs была заращена слоем GaAs толграфических плоскостей являются различными стадиями щиной 40 нм, сверхрешеткой AlAs–GaAs, аналогичной процесса релаксации упругих напряжений, внесенных в предыдущей, и слоем GaAs толщиной 10 нм. Эффективструктуру квантовыми точками. На начальной стадии ная толщина слоев InAs в обеих структурах составляпроцесса, которую можно назвать адаптационной, ре- ла 0.55-0.60 нм. Суммарная толщина сверхрешеток лаксация осуществляется путем оптимизации пространInGaAs–GaAs составляла для структур с 10 и 15 парами ственного расположения квантовых точек [20,21], илишь слоев КТ InAs и InGaAs 55.0 и 80.0 нм соотпосле этого начинается процесс пластической релаксаветственно. Структуры были выбраны для дальнейших ции упругих напряжений с образованием структурных исследований, потому что при таких толщинах в них дефектов [22,23]. Нечто подобное наблюдается в плачетко проявляется вертикальное латеральное упорядонарных гетероструктурах, в которых процесс релаксации чение КТ и обусловленный им изгиб кристаллографиупругих напряжений также проходит несколько стадий, ческих плоскостей (квазипериодическое распределение начинаясь с нарушений планарности ростовой поверхноупругой деформации) [13,16], тогда как плотность протясти [24,25].

женных дефектов и соответственно величина вносимых Если предположение о релаксационном механизме ими структурных искажений незначительны.

пространственного упорядочения квантовых точек верОсновные результаты в работе получены методано [19–21], то наблюдаемые структурные изменения ми CTR и просвечивающей электронной микроскопии.

должны быть анизотропными относительно кристаллоИзмерения по методу CTR проводились на двухкри графических направлений [110] и [110], подобно тостальном дифрактометре станции BL6A фотонной фабму, как это имеет место в планарных гетероструктурики (PF) в Цукуба (Tsukuba, Japan) с использованирах [25,26]. При этом анизотропия пространственного ем синхротронного излучения от накопительного кольупорядочения рассеивающих объектов должна влиять ца с энергией позитронов 2.5 ГэВ (ток в кольце — на условия дифракции рентгеновского и синхротронно380–250 мА). Монохроматизация и коллимация синго излучения, проявляться на микрофотографиях ПЭМ.

хротронного излучения осуществлялись с помощью изоПоэтому изучение механизма релаксации упругих напрягнутого кварцевого зеркала и кристалла Si (111) трежений и пространственного упорядочения рассеивающих угольной формы, изогнутого для формирования квазиобъектов типа КТ, исследование особенностей их рентпараллельного пучка монохроматизованного излучения.

генодифракционного отображения представляет значиМалые размеры источника и высокая когерентность тельный интерес, помогает устновить взаимосвязь между излучения позволяют без заметных искажений получать структурой рассеивающих объектов и их отображением.

картины пространственного распределения интенсивности дифрагированного излучения в больших угловых 2. Экспериментальные методы диапазонах. CTR-картины снимались вблизи отражения GaAs (004) на длине волны синхротронного излучеОбразцы для исследований были выращены на точния 1.6. Для регистрации двумерных дифракционных но ориентированных подложках n+-GaAs (001) методом картин использовались специальные светочувствительмолекулярно-пучковой эпитаксии в установке Riber-32P ные пластины (imaging plate, IP), информация с которых с твердотельным источником мышьяка. Для уменьшения считывалась оптическим путем [27]. После считывания сегрегации и переиспарения In температура подложки информации с IP полученные картины дополнительно при формировании многослойной структуры с КТ и обрабатывались для удаления некогерентного фона.

осаждении слоя GaAs толщиной 10 нм, закрывающего Электронно-микроскопические исследования были вымассив КТ, была понижена до 480C. Температура роста полнены на электронном микроскопе Philips EM420 с остальной части структуры составляла 620C для образускоряющим напряжением 120 кВ. Образцы для исслеца 1, 600C для образца 2.

дования методом ПЭМ были приготовлены в геометриВ структуре 1 массив вертикально совмещенных КТ ях поперечного сечения вдоль двух взаимно перпендиформировался на буферном слое GaAs толщиной кулярных направлений: [110] и [110]. Отметим, что 1.1-1.2 мкм в результате 10-кратного осаждения слообозначение кристаллографических направлений [110] ев КТ InAs, разделенных слоями GaAs толщиной и [110] (здесь и далее) выбрано произвольно без уче 5.0 нм. Сверху периодическая структура InAs–GaAs та полярности кристаллографических плоскостей. Для была заращена слоем GaAs толщиной 0.45 мкм.

подготовки образцов использовалась стандартная проВ структуре 2 массив вертикально совмещенных кванцедура, включающая ионное распыление на последнем товых точек формировался на буферном слое GaAs этапе. Ионное распыление проводилось на установке толщиной 0.5 мкм, короткопериодной (с периодом Gatan DouMill 600 при скользящих углах падения пучка 4.0нм) сверхрешетке AlAs–GaAs (10 пар слоев) и ионов Ar+ с энергией 4 кэВ. Исследования проводились слое GaAs толщиной 100 нм в результате 15-кратного осаждения слоев КТ In0.5Ga0.5As, разделенных слоями в режиме светлого и темного поля с действующими GaAs толщиной 4.0-4.5 нм. Сверху периодическая дифракционными векторами g = 002 и g = 220.

Физика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. Исследование анизотропии пространственного распределения квантовых точек In(Ga)As... Рис. 1. Экспериментальные полная (1) и когерентная (2) двухкристальные дифракционные кривые для структуры, содержащей 10 пар слоев InAs–GaAs. Отражение (004) GaAs, излучение CuK1.

3. Результаты и обсуждение сверхструктуры. Вблизи отражения GaAs (004) на дифракционной кривой, снятой с более высоким угловым разрешением, четко проявляются интерференционные 3.1. Результаты рентгенодифракционных осцилляции, период которых определяется толщиной исследований верхнего слоя GaAs ( 0.45 мкм). В совокупности все Предварительные оценки степени кристаллического это указывает на высокое кристаллическое совершенство структурного совершенства образцов были получены на структуры, планарность границ и очень низкую плотосновании данных двухкристальных рентгенодифракциность протяженных структурных дефектов, образовавонных измерений. Дифракционные кривые, снятые вблишихся во время эпитаксиального роста.

зи отражения GaAs (004), показали, что исследуемые Следует обратить внимание на некоторые особенности образцы обладают высоким кристаллическим совершенкривой 1, содержащей диффузную компоненту дифрагиством, а геометрические параметры слоев, в том числе рованного излучения. Необычная форма сверхструктурпериодических структур In(Ga)As–GaAs, близки к заданных пиков -2SL и -1SL не соответствует диффузному ным технологическим параметрам.

рассеянию на протяженных дефектах, плотность которых На рис. 1 показаны две зависимости интенсивности по данным других измерений в структуре незначительна.

дифрагированного излучения от угла дифракции (Br) в По всей видимости, такая форма пиков обусловлена режиме (-2)-сканирования для образца 1. Кривая диффузным рассеянием рентгеновского излучения на снята с открытым детектором и по сути является супер- структурных искажениях, обусловленных изгибом крипозицией когерентной и диффузной компонент дифраги- сталлографических плоскостей [16].

рованного излучения. При съемке кривой 2 излучение на Для подтверждения этого предположения, а также додетектор попадало через узкую щель, что существенно казательства наличия азимутальной анизоторопии в расуменьшило вклад диффузной составляющей. Обусло- пределении упругих напряжений исследования были провленные этим отличия хорошо видны при сравнении должены методом CTR. Вблизи отражения GaAs (004) дифракционных кривых (чтобы избежать наложений и были сняты картины углового распределения дифрагиронеточностей, кривые сдвинуты по вертикали друг отно- ванного излучения интенсивности. Картины снимались сительно друга). Четко проявились пики сверхструктуры при трех различных азимутальных положениях исслеInAs–GaAs -2SL, -1SL, +1SL и толщинные осцилля- дуемых образцов, при которых направление падающего ции, период которых соответствует суммарной толщине излучения совпадало с кристаллографическими напраФизика и техника полупроводников, 2001, том 35, вып. 972 Н.Н. Фалеев, Ю.Г. Мусихин, А.А. Суворова, А.Ю. Егоров, А.Е. Жуков, А.Р. Ковш, В.М. Устинов...

Рис. 2. Картины пространственного распределения дифрагированного излучения, полученные методом CTR вблизи отражения (004) GaAs для структуры 1 (10 пар слоев) для азимутальных направлений [110] (a), [100] (b) и [110] (c). Длина волны синхротронного излучения 0.16 нм.

влениями [110], [100] или [110]. Полученные картины остается практически без изменения. Другие пятна, осодля образца 1 показаны на рис. 2. бенно -1SL и -2SL, существенно уширились в напраОбщим для всех картин является наличие четких влении qx и стали похожи на эллипсы, а вершина сверхсверхструктурных пятен от -2SL до +2SL, положение структурного пятна -2SL на рис. 2, c стала двуглавой.

Pages:     || 2 | 3 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.