WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 1 Высокоразрешающие рентгенодифракционные исследования сверхрешеток InAs–GaAs, выращенных молекулярно-лучевой эпитаксией при низкой температуре © Н.Н. Фалеев, В.В. Чалдышев, А.Е. Куницын, В.В. Преображенский, М.А. Путято, Б.Р. Семягин, В.В. Третьяков Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук, 194021 Санкт-Петербург, Россия Институт физики полупроводников Сибирского отделения Российской академии наук, 630090 Новосибирск, Россия (Получена 28 июля 1997 г. Принята к печати 31 июля 1997 г.) Методом высокоразрешающей рентгеновской дифрактометрии исследованы сверхрешетки InAs–GaAs, выращенные молекулярно-лучевой эпитаксией при низкой температуре. Показано, что, несмотря на очень высокую концентрацию точечных дефектов, обусловленных наличием избыточного мышьяка, исходная сверхрешетка обладает высоким кристаллическим совершенством. Анализ изменений рентгенодифракционных кривых показал, что высокотемпературный отжиг, сопровождающийся образованием кластеров As и диффузией индия, приводит к значительным структурным преобразованиям в матрице GaAs и на интерфейсах.

Введение кластеров As и диффузией индия, приводит к значительным структурным преобразованиям в матрице GaAs В последние годы сверхрешетки InAs–GaAs привлеи на интерфейсах и, как следствие этих процессов, к кают пристальное внимание как объекты исследования размытию рентгенодифракционных картин.

в связи с интересными физическими явлениями, связанными с двумерным ограничением электронного газа Образцы и методика исследований в глубоких и узких квантовых ямах [1]. Обычно при выращивании методом молекулярно-лучевой эпитаксии Сверхрешетки InAs–GaAs были выращены мето(МЛЭ) сверхрешеток подобного типа температура поддом молекулярно-лучевой эпитаксии в двухкамерной ложки выбирается в диапазоне 400–500C. Этот выбор установке ”Катунь” на полуизолирующих подложках является компромиссом между резким увеличением конGaAs(001) при температуре 200C. Скорость роста соцентрации точечных дефектов при низких температурах ставляла 1 мкм/ч. Толщина слоев GaAs в сверхрешетке роста и размытием интерфейсов при высоких темпесоставляла 30 нм. Для выращивания слоев InAs поток ратурах вследствие процессов сегрегации и диффузиии Ga перекрывался и открывался поток In. Таким образом индия (известно, что для выращивания кристаллически были получены слои InAs номинальной толщиной в совершенных слоев GaAs наиболее оптимальной являетодин монослой. Сверхрешетка состояла из 30 периося температура около 600C) [1]. Однако значительный дов. Общая толщина эпитаксиальной InAs–GaAs-пленки интерес представляют также сверхрешетки InAs–GaAs, составляла около 0.9 мкм. Выращенная структура была выращенные при очень низких температурах (например, разделена на три части. Одна часть не подвергалась 200C). Особенностью такого материала является значикаким-либо обработкам, две другие отжигались в течение тельное количество избыточного мышьяка, захватывае15 мин при температурах 500 и 600C соответственно.

мого в кристаллическую решетку выращиваемой эпитакОтжиг проводился в ростовой камере установки МЛЭ сиальной пленки [2,3]. В этом случае тонкие слои InAs при избыточном давлении As.

в матрице GaAs будут действовать не только в качестве Для определения средней концентрации In и наличия электронных (дырочных) квантовых ям, но могут также избыточного As в эпитаксиальных пленках использозахватывать мышьяковые кластеры, образующиеся при вался рентгеноспектральный микроанализ. Концентраотжиге. В результате этого процесса в отожженной эпиция антиструктурных дефектов AsGa определялась путем таксиальной пленке может образоваться дополнительная измерения характеристического оптического поглощеAs–GaAs периодическая структура, пространственно сония в ближней инфракрасной области с использованием впадающая с InAs–GaAs сверхрешеткой [4,5].

В данной статье представлены результаты высокораз- калибровки Мартина [6]. Структура образцов контролирешающих рентгенодифракционных исследований сверх- ровалась методом просвечивающей электронной микроскопии в поперечном сечении.

решеток InAs–GaAs, выращенных методом МЛЭ при 200C. Показано, что, несмотря на очень высокую кон- Высокоразрешающие рентгенодифракционные исслецентрацию точечных дефектов, обусловленных наличием дования структурного совершенства проводились на избыточного мышьяка, исходная сверхрешетка облада- двухкристальных дифрактометрах. Для точных измереет высоким кристаллическим совершенством. Высоко- ний параметров рассогласования и оценки кристалличетемпературный отжиг, сопровождающийся образованием ского совершенства измерения проводились в режиме Высокоразрешающие рентгенодифракционные исследования сверхрешеток InAs–GaAs... Полуширина (FWHM), коэффициент отражения в максимуме основных пиков кривых качания (Krefl) и расстояние 2 между ними, а также параметры сверхрешеток InAs–GaAs (разность параметров решеток подложки и пленки a/a, суммарная толщина сверхрешетки Tstr, период сверхрешетки TSL, содержание избыточного мышьяка XAs, средняя концентрация InAs в пленке XInAs и толщина слоев InAs в сверхрешетке TInAs), рассчитанные по данным рентгеновской дифракции для структур до и после отжига Substr. FWHM, ”OSL” FWHM, Отжиг, C a/a Tstr, нм TSL, нм XAs, % XInAs, % TInAs, угл. сек./Krefl угл. сек./Krefl угл. с.

as-grown 9.00/0.682 20.20/0.195 -280 2.10 · 10-3 920 ± 20 30.0 ± 1.0 0.3 1.1 ± 0.500 8.70/0.722 22.90/0.165 -180 1.35 · 10-3 850 ± 40 27.0 ± 2.0 0.27 0.9 2.600 16.50/0.410 24.30/0.155 -160 1.19 · 10-3 790 ± 80 26.5 ± 3.0 0.34 0.8 2. Примечание. Данные рентгеноспектрального микроанализа.

-сканирования с открытым детектором. В качестве составляет XAs =(NAs - NGa) (NAs + NGa) 0.3ат%, где монохроматора-коллиматора использовался асимметрич- NAs, NGa — число атомов As и Ga. Последнее значение ный кристалл Ge, обеспечивающий для отражения (004) хорошо согласуется с концентрацией антиструктурных CuK1 расходимость первичного пучка 1.0 1.2 угл.с.

дефектов мышьяка 0.9 1020 см-3, измеренной по оптиИзмерения в широком угловом интервале для опреческому поглощению в неотожженных образцах.

деления периода сверхструктуры, оценки планарности Дифракционные кривые, снятые вблизи отражения слоев и размытия интерфейсов проводились в режимах (004)GaAs, показаны на рис. 1. Правые пики соот-2-сканирования. В этом случае для уменьшения ветствуют отражению от подложки, левые — так навклада диффузно рассеянного рентгеновского излучения зываемые пики ”OSL” — отражению от периодической апертура детектора ограничивалась узкой приемной щеструктуры, образованной слоями InAs и GaAs. Угловое лью. Для формирования первичного монохроматизирорасстояние между этими пиками и подложечными максиванного излучения использовался точно ориентированмумами определяется значением средней деформации в ный кристалл Ge(001), обеспечивающий для отражения периодической структуре, которая зависит от толщины (004) CuK1 расходимость излучения 8 угл.с. Для уточнеслоев InAs и GaAs и количества избыточного As в ния углового и пространственного распределения дифраструктуре. Изменение после отжига углового положегируемой интенсивности, определения типа структурных ния пика OSL обусловлено преципитацией избыточного дефектов и их пространственного распределения в эпимышьяка в кристаллической решетке [3]. После оттаксиальной структуре в дополнение к -2-кривым в жига при 500 или 600C деформация, обусловленная определенных фиксированных угловых положениях деизбытком мышьяка, практически полностью исчезает и тектора измерялись -кривые. При съемке этих кривых разница параметров решетки подложки GaAs и пленки детектор с узкой приемной щелью (0.1 мм) фиксировался в определенном угловом положении, а исследуемый кристалл поворачивался вблизи отражающего положения.

Полученные таким образом дифракционные кривые позволяют получить распределение дифрагируемой интенсивности в обратном пространстве в направлении, перпендикулярном вектору дифракции H [001]. Азимут направления угловой развертки определялся геометрией съемки и в наших измерениях совпадал с одним из векторов обратной решетки [110]. По форме и параметрам -кривых, которые в общем случае являются суперпозицией когерентной и диффузной компонент дифрагируемого излучения, можно определить преимущественный тип и плотность кристаллических дефектов, а благодаря точной привязке -кривых к угловому положению на -2-кривых, можно достаточно точно определить пространственное положение дефектов в эпитаксиальных структурах.

Экспериментальные результаты Рентгеноспектральные измерения показали, что усредРис. 1. Кривые дифракционного отражения вблизи (004) ненная концентрация индия 1.1 ат% в слоях соответ- GaAs для исходной (1) и отожженных при 500C (2) и ствует ожидаемой для сверхрешетки (1 монослой InAs– 600C (3) сверхрешеток InAs–GaAs, выращенных при низкой 30 нм GaAs) 30. Концентрация избыточного мышьяка температуре. Излучение CuK1.

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 26 Н.Н. Фалеев, В.В. Чалдышев, А.Е. Куницын, В.В. Преображенский, М.А. Путято, Б.Р. Семягин...

Рис. 2. Когерентный -2-кривые дифракционного отражения от исходной (1) и отожженных при 500C (2) и 600C (3) сверхрешеток InAs–GaAs, выращенных при низкой температуре. Рефлекс (004). Излучение CuK1.

в основном обусловлена наличием в эпитаксиальной Смещение пиков OSL сверхрешетки (см. рис. 1, крипленке слоев InAs. Измерения параметров решетки вые 2, 3 и таблицу) после отжига при 500 и 600C до и после отжигов позволили определить среднюю указывает на существенное уменьшению средних значеконцентрацию индия в пленке, толщину слоев InAs и ний деформации в сверхрешетке вследствие структурначальную концентрацию избыточного As. Параметры ной трансформации избыточного мышьяка. Наряду со кривых качания до и после отжига и полученные в ре- смещением нулевого пика существенно изменяется и зультате их анализа значения XAs, XInAs и TInAs приведены форма дифракционных кривых. Размывается интерференв таблице. Результаты, полученные из анализа кривых ционная картина, уменьшается ее протяженность. Эти качания, находятся в хорошем соответствии с данными изменения особенно сильно выражены после отжига при рентгеноспектрального микроанализа и оптических из- 600C. Такой отжиг приводит к заметному уширению мерений. подложечного пика и уменьшению его коэффициента Как видно из рис. 1 (кривая 1) и данных таблицы, нео- отражения.

тожженный (as-grown) образец характеризуется хорошо Для определения периода сверхструктуры и характевыраженной протяженной интерференционной картиной ра структурных изменений, обусловленных высокотемна кривой качания, высокой интенсивностью и малой пературным отжигом, был снят ряд кривых качания полушириной (FWHM) основных пиков. Это однозначно в широком угловом интервале в режимах -2- и указывает на его высокое кристаллическое совершен- -сканирования. Когерентные -2-кривые для всех ство, хорошее воспроизведение параметров эпитаксиаль- образцов показаны на рис. 2. Видно, что отмеченные ных слоев по всей толщине периодической структуры, ранее изменения формы кривых качания после отжига планарность слоев и структуры в целом. образцов четко проявились и в широком угловом диаФизика и техника полупроводников, 1998, том 32, № Высокоразрешающие рентгенодифракционные исследования сверхрешеток InAs–GaAs... Рис. 3. Рентгеновские -кривые, снятые при двух различных положениях детектора, для исходной (1, 1 ) и отожженных при 500C (2, 2 ) и 600C (3, 3 ) сверхрешеток InAs–GaAs, выращенных при низкой температуре. Излучение CuK1.

1–3 —2=66.20, 1 –3 —2=65.48.

пазоне. Структурные изменения при отжиге привели к привести к появлению в дифрагирующем объеме эпитакзначительному размытию интерференционных картин и сиальной структуры новых неоднородно распределенных погасанию сверхструктуры максимумов. По сравнению с по объему и различающихся по размеру рассеивающих исходной кривой угловая протяженность дифракционных центров. Это, вообще говоря, должно было привести кривых уменьшилась вдвое после отжига при 500C и к увеличению диффузного рассеяния и, следовательно, почти в 3 раза после отжига при 600C. могло быть зарегистрировано по изменению формы и Одновременно с уменьшением ширины углового диа- параметров -кривых.

пазона можно было ожидать заметного увеличения диф- Анализ -кривых показал, что диффузное рассеяние фузной составляющей дифрагируемого излучения, об- локализовано вблизи отражения (004)GaAs. На рис. условленной рассеянием рентгеновского излучения на показано по две характерные -кривые для каждого кластерах As. Образование As-кластеров должно было из исследованных образцов, снятые вблизи отражения Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 28 Н.Н. Фалеев, В.В. Чалдышев, А.Е. Куницын, В.В. Преображенский, М.А. Путято, Б.Р. Семягин...

(004)GaAs (2 66.20) и при довольно значитель- рассеяние, локализована в приповерхностном слое подной угловой отстройке от подложечного максимума ложки и на границе подложка–эпитаксиальная пленка.

(2 65.48). Кривые, снятые вдали от основного Такими дефектами могут быть точечные дефекты и (или) максимума, имеют довольно узкий когерентный пик, мелкие кластеры. Протяженных структурных дефектов широкая диффузная составляющая практически отсут- типа дислокаций несоответствия в структурах нет.

Pages:     || 2 |



© 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.