WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |

характере роста InAs. Анализ геометрии дифракцион- Такой слой, являясь псевдоморфным, при электронной ных картин в различных направлениях показал, что дифракции лишь усиливает общий диффузный фон. Выпериод кристаллической решетки осажденного InAs ше 440C образования наноостровков не происходит, а соответствует объемному материалу, а ее ориентация растет слой InAs c разупорядоченной кристаллической совпадает с ориентацией Si-подложки. При наблюде- решеткой (скорость стехиометрического испарения InAs нии в направлении [011] одновременно с точечными в температурном диапазоне 440-500C существенно рефлексами появляются также линии дифракции, соот- меньше 0.1 ML/s [18]).

ветствующие фасетированной поверхности с {111}-плос- Исследование структур InAs\Si(100) с помощью костями микрограней. Для образцов, выращенных при РИСЭ позволило получить информацию, подтверждаютемпературе ниже 400C, характерной чертой являет- щую выводы, сделанные на основании ДБЭО, и дающую ся также наличие основных и сверхструктурных тя- дополнительные сведения об InAs-нанокластерах.

жей от Si(100)-поверхности. При более высокой тем- Спектры РИСЭ одного из исследованных образцов пературе осаждения на ДБЭО-картинах присутствуют приведены на рис. 6. В качестве зондирующих частиц истолько точечные рефлексы от InAs. На рис. 5 приве- пользованы ионы He+ с начальной энергией E0 = 96 keV.

ден типичный для структур InAs\Si(100) электронно- Угол рассеяния составляет 120. Начальной энергии Eмикроскопический снимок поверхности, полученный на соответствует 329 канал. На рисунке приведены два СЭМ. На нем отчетливо видны нанообъекты, сформиро- экспериментальных спектра: в режиме „случайной“ оривавшиеся на изначально гладкой поверхности. Все изло- ентации (II) и в режиме каналирования (I), в последнем женное выше позволяет сделать вывод, что трехмерный случае направление движения ионов совпадает с направрельеф, возникающий при осаждении InAs на Si(100)- лением [100] в Si-монокристалле подложки. Отметим поверхность в температурном диапазоне 350-430C, следующее. Отношение интенсивностей каналового и представляет собой массив наноостровков InAs, имею- „случайного“ спектров, или минимальный выход min щих форму четырехгранных пирамид с боковыми граня- (штрих-пунктирная линия на рис. 6), для участка спектми, параллельными {111}-плоскостям. Оценка латераль- ра, соответствующего приповерхностным слоям Si (на ных размеров и плотности расположения 3-D-остров- рисунке это каналы 190-210), составляет 5% и отвечает ков на основе данных, полученных на СЭМ, дает параметрам хорошего монокристалла Si. На участке величины 200-400 и 1-3 · 1010 cm-2 соответ- спектра, соответствующего In и As (каналы 260-300), ственно. Для островков, имеющих форму правильных тоже наблюдается явление каналирования, что свидечетырехугольных пирамид и ограненных {111}-плоскос- тельствует об упорядоченности кристаллической структями, простой расчет дает высоту 140-280. Из туры нанокластеров. При этом для пика, соответствуюФизика твердого тела, 2003, том 45, вып. 2094 Д.В. Денисов, И.Т. Серенков, В.И. Сахаров, Г.Э. Цырлин, В.М. Устинов занимющих 3% поверхности подложки (этот вариант позволил хорошо описать спектр).

В результате моделирования получены следующие параметры: а) кластеры InAs занимают 7% площади поверхности подложки; б) средняя толщина кластеров hmean = 8.4 · 1015 молекул InAs на cm2, что для монокристаллического InAs соответствует 47 ; в) разброс толщин = 7 · 1015 molecule/cm2 [19]. Из этих данных следует, что полное количество InAs, содержащегося в кластерах, составляет 6 · 1014 molecule/cm2.

Соотношение hmean согласуется со сделанным ра= нее выводом о пирамидальной форме кластеров. В рамках сделанного предположения о форме пирамид можно определить их полную высоту, которая составляет 3hmean, т. е. около 150.

Рис. 6. Спектры РИСЭ для InAs\Si(100)-структуры. I — Таким образом, данные, полученные в результате анаспектр в режиме каналирования, II — спектр в режиме лиза РИСЭ-спектров, находятся в удовлетворительном „случайной“ ориентации, III — минимальный выход min, согласии с приведенными выше оценками геометрии IV — модельный спектр. 1 и 2 — парциальные спектры In кластеров, полученными методами СЭМ и ДБЭО.

и As, образующих соединение InAs; 3 — парциальный спектр „избыточного“ As. Процесс заращивания InAs нанокластеров слоем Si исследовался при условиях, соответствующих крайним случаям давления паров As в ростовой камере: в первой ростовой серии 10-6 Torr, как при осаждении InAs щего рассеянию ионов от атомов As (каналы 280-285), во второй ростовой серии менее 10-8 Torr, как при значение min = 0.75-0.85 превышает значение этой гомоэпитаксии Si. Температура подложки и скорость величины для пика In (каналы 285-300), составляющее осаждения Si для всех образцов были равны и со0.55-0.75. Это может быть объяснено только тем, что ставляли 400C и 1.0 /s соответственно. Относительно часть As не входит в монокристаллический InAs, а обра- низкая для кремниевой МПЭ температура подложки зует поликристаллическую или аморфную фазу. Данный при заращивании была выбрана, чтобы избежать таких факт согласуется с тем, что соотношение амплитуд нежелательных явлений, как термическое разложение пиков, соответствующих рассеянию от As и In, близко InAs и взаимная диффузия элементов гетеросистемы.

В экспериментах первой серии рост Si-слоя толщиной к единице, в то время как для монокристалла InAs до 400 начинался сразу после осаждения InAs. Точечоно должно быть равно отношению квадратов зарядов ная картина ДБЭО при этом изменялась незначительно.

ядер, т. е. 0.45. Таким образом, можно предположить, что По мере осаждения Si возрастала интенсивность фона, обнаруженный избыточный As, находящийся в аморфсоответствующего диффузному рассеянию, а точечные ной фазе, осаждается на поверхности при охлаждении рефлексы становились все более размытыми.

образца.

В экспериментах второй серии образцы заращиваБолее точная информация о структуре кластеров InAs лись Si по истечении времени, необходимого для сниможет быть получена с помощью процедуры моделижения давления фонового As. Пребывание структур рования — сопоставления расчетного спектра с экспеInAs\Si(100) в течение нескольких десятков минут при риментально измеренным. По ряду параметров только температуре 400C и давлении As, пониженном по такая процедура позволяет сформулировать однозначотношению к ростовому на несколько порядков, не ные выводы. На рис. 6 приведен модельный спектр сопровождалось заметным изменением дифракционной (сплошная линия), наилучшим образом согласующийся картины. При таких условиях заращивания InAs нас экспериментальным. Штриховые и пунктирные линии нокластеров точечная дифракция наблюдалась только соответствуют парциальным спектрам In (кривая 1) на начальной стадии, а затем по мере осаждения Si и As (кривые 2, 3). При этом пик As описывается точечные рефлексы ослабевали, начинали проявляться двумя составляющими: 2 — спектр As, следующий из тяжи, так что при толщине Si-слоя 150 формистехиометрии соединения InAs, и 3 — спектр „избыточровалась картина, соответствующая (1 1)-структуре ного“ As. Количество избыточного As при этом оцениповерхности Si (рис. 7). Следует отметить отсутствие вается в 2.6 · 1014 atom/cm2. Рассматривались два варисверхструктурных рефлексов и наличие на тяжах более анта описания „избыточного“ As: в виде монослоя на ярких узлов, образующих точечную картину, типичную поверхности образца (этот вариант приводил к сильному для дифракции на трехмерной кристаллической решетрасхождению модельного и экспериментального спект- ке Si.

ров) и сосредоточение „избыточного“ As в виде остров- Процесс заращивания InAs-нанокластеров исследоков, имеющих среднюю толщину 8.8 · 1015 atom/cm2 и вался также методом РИСЭ. На рис. 8 приведеФизика твердого тела, 2003, том 45, вып. Молекулярно-пучковая эпитаксия и свойства гетероструктур с InAs нанокластерами в Si матрице кремнием, а частично выступают над поверхностью, о чем свидетельствует совпадение начала передних фронтов кривой 1 и 2 (593 канал). В то же время сдвиг верхней части переднего фронта кривой 2 относительно кривой 1 (каналы 580-585) обусловлен частичным покрытием кремнием нанокластеров InAs. При толщине Si-слоя 130 (кривая 3) выхода In на поверхность не наблюдается, так как весь пик целиком сдвинут в сторону меньших энергий. Методом моделирования можно показать, что форма спектра In (пик 3), при которой передний фронт пика (каналы 560-580) имеет существенно меньшую крутизну, чем его спад (каналы 550-560), соответствует ситуации, когда островки пирамидальной формы полностью покрыты кремнием и в то же время поверхность покрывающего слоя не повторяет Рис. 7. Картина ДБЭО от поверхности гетероэпитаксиаль- рельеф исходной структуры, а является гладкой.

ной структуры Si\InAs\Si(100). Количество осажденного при В третьей и четвертой сериях экспериментов InAs не 400C InAs 4.0 ML. Покрывающий слой Si толщиной в осаждался. Si(100)-подложки лишь подвергались эксповыращен при 400C и фоновом давлении 9 · 10-9 Torr. Энергия зиции в прямом потоке As из эффузионного источника электронов 10 keV. Направление падения электронного пучпри фоновом давлении в камере 10-6 Torr с последука [011].

ющей гомоэпитаксией Si в условиях, соответствующих режимам заращивания InAs нанокластеров в первой и второй сериях экспериментов.

При давлении в камере 10-9 Torr гомоэпитаксиальный рост Si протекал по двумерному механизму.

Наблюдаемые дифракционные картины имели линейчатую (2 2)-структуру. По данным СЭМ поверхность оставалась микроскопически гладкой. Увеличение фонового давления As до уровня 10-6 Torr приводило к трехмерному росту. На электронных микрофотографиях появлялся трехмерный рельеф (рис. 9), наблюдавшиеся ДБЭО-картины по своему виду были близки к точечным [15].

Исследование методом РИСЭ стадии формирования покрывающего InAs-нанокластеры слоя кремния показало, что в зависимости от условий получения этого слоя Рис. 8. Фрагменты РИСЭ спектров, соответствующие рассеянию ионов на атомах In, для гетероэпитаксиальных структур Si\InAs\Si(100) с различной толщиной покрывающего слоя Si. 1 — непокрытый образец InAs\Si(100), 2 — толщина покрывающего Si-слоя 50, 3 — толщина покрывающего Si-слоя 130.

ны фрагменты спектров обратного рассеяния ионов He+ с E0 = 191keV трех образцов: исходного непокрытого (кривая 1), покрытого слоем Si толщиной 50 (кривая 2) и покрытого слоем Si толщиной 130 (кривая 3). Показаны только сигналы (пики), соответствующие рассеянию ионов на атомах In. Характерная особенность кривой 1 — существенно большая кру тизна переднего фронта (каналы 585-595) по отношению к крутизне заднего фронта (каналы 565-580), что Рис. 9. CЭМ-изображение поверхности Si-гомоэписоответствует пирамидальной форме кластеров InAs. Из таксиального слоя, выращенного при наличии фонового As.

рисунка также следует, что при толщине покрывающего Количество осажденного при 400C Si 130. Стороны Si слоя 50 островки InAs не полностью покрыты изображения параллельны [011]- и [0 -11]-направлениям.

Физика твердого тела, 2003, том 45, вып. 2096 Д.В. Денисов, И.Т. Серенков, В.И. Сахаров, Г.Э. Цырлин, В.М. Устинов Характеристики покрывающего Si-слоя в зависимости от усло(главным образом температуры кремниевой подложвий роста ки) относительная концентрация содержащегося в нем мышьяка может достигать 6.5%. На рис. 10 приведен Образец Tsub, C PAs, Torr nAs/nSi Si As dSi, nm РИСЭ спектр образца, в котором этап формирования 1 700 1.2 · 10-9 1.4 · 10-4 0.033 0.44 17.InAs-кластеров отсутствовал, т. е. на экспонированную 2 700 1.0 · 10-8 3.0 · 10-4 0.034 0.27 17.в потоке As чистую Si(100)-подложку осаждался слой 3 600 1.0 · 10-8 3.4 · 10-4 0.048 0.41 27.кремния. На рисунке изображены спектры для двух 4 550 1.0 · 10-8 4.0 · 10-4 0.025 0.21 > ориентаций зондирующего пучка: в направлении, совпа5 400 3.4 · 10-7 6.5 · 10-2 0.040 0.15 10.дающем с [100]-направлением нормали к поверхности 6 400 7.1 · 10-8 1.0 · 10-2 0.040 0.20 13.Si-подложки (каналовый спектр) (I), и при отклонении 7 400 5.3 · 10-9 0.5 · 10-2 0.025 0.20 12.от него на углы более 9 (случайный спектр) (II).

Сплошные линии изображают парциальные случайные спектры, полученные при моделировании эксперимента:

1 — подложки, 2 — осажденного слоя Si, 3 —атомов на несколько порядков меньше (см. таблицу), в то время As. Из анализа спектров можно сделать следующие как поверхностный пик As имеет близкие величины.

выводы.

В таблице приведены результаты исследования ряда а) Минимальный выход Si для выращенного слоя Si сособразцов с покрывающим слоем Si, выращенным при тавляет 5%, что соответствует достаточно хорошему различных температурах подложки Ts и различных фомонокристаллу.

новых давлениях мышьяка PAs. При этом использованы б) Атомы As, находящиеся в слое Si, обнаруживают следующие параметры: относительная атомная конценканалирование с минимальным выходом As 15%, что трация мышьяка nAs/nSi, величины Si и As, характеризусвидетельствует об их встроенности в ряды атомов Si.

ющие упорядоченность кристаллической решетки слоя Исследования зависимостей выхода обратнорассеянных (Si) и встроенность атомов As в ряды атомов Si (As), ионов от угла между направлением пучка и [100]-направтолщина Si-слоя dSi.

лением в образце, выполненные при настройке ЭСА на Основываясь на данных, приведенных в таблице, мож530 канал, подтверждают это предположение.

но утверждать, что при равных фоновых давлениях в) Начальный (от поверхности) участок спектра As As увеличение температуры подложки при росте слоя (каналы 555-540) не обнаруживает эффекта каналиSi резко, на 2 порядка, уменьшает количество аторования. Это может быть объяснено тем, что данный мов As, встроенных в решетку Si. При этом качество участок спектра соответствует атомам мышьяка, осакристаллической структуры Si-cлоя, по нашим данным, дившегося поверх Si-слоя из фоновой атмосферы после практически не зависит от температуры.

окончания роста. Этот вывод подтвержден результатами Таким образом, собственно заращивание InAs нанороста Si-слоя при более высоких температурах, где кластеров Si носит эпитаксиальный характер и происхоконцентрация встроенных в решетку Si-слоя атомов As дит с постепенным сглаживанием исходного трехмерного рельефа. При этом ясно, что высота InAs-пирамид для образцов второй серии не превышала 150. Наличие трехмерного рельефа и сильный диффузный фон на ДБЭО-картинах образцов первой серии связаны с влиянием паров As на характер роста Si покрывающего слоя.

Pages:     | 1 || 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.