WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 ||

ствует. Кривые, снятые вблизи отражения (004)GaAs Используя для анализа полученных нами данных ме(2max = 66.06), наряду с узким когерентным пиком тодический подход, предложенный в работе [7], можно имеют заметную диффузную подставку. Такая форма утверждать, что в процессе низкотемпературного эпи-кривых характерна для кристаллов, содержащих мел- таксиального роста большая часть избыточного мышьяка кие структурные дефекты точечного и (или) кластер- заняла места в катионной подрешетке GaAs. Слои ного типа. При этом с большой вероятностью можно InAs, чередуемые слоями GaAs, образуют правильную утверждать, что более крупных дефектов типа дисло- периодическую структуру с периодом TSL = 30 ± 1нм и кационных петель или дислокаций несоответствия в средним значением упругой деформации (+2.1 10-3), кристаллической матрице нет. Большая полуширина диф- определяемым количеством избыточного As и толщиной фузной компоненты указывает на малый размер рассеислоев InAs. Протяженная интерференционная картина, вающих центров, а незначительная интенсивность — на низкая плотность и малый размер структурных дефектов небольшое количество рассеивающих центров и (или) позволяют утверждать, что структура в целом и состаих слабую рассеивающую способность. Сопоставление вляющие ее слои InAs и GaAs, обогащенные мышьяком, кривых от исходного и отожженных образцов показало, обладают высоким кристаллическим совершенством и что изменение диффузной компоненты после отжига хорошей планарностью, а период чередования слоев выструктур незначительно. Это обстоятельство, а также держан с хорошей точностью по всей толщине структутот факт, что максимум диффузного рассеяния расры. Характерная форма дальних сверхструктурных макполагается вблизи когерентного пика подложки, дают симумов позволяет предположить наличие небольшого основание предположить, что наиболее значительный градиента периода по толщине структуры.

вклад в диффузное рассеяние вносят дефекты в припоДоказательством того, что избыточный мышьяк преверхностном слое подложки и на границе подложка– имущественно занимает положения в узлах решетки эпитаксиальная структура. Оценки плотности дефектов, GaAs, могут служить результаты моделирования косделанные по полуширине некогерентной компоненты, герентной -2-дифракционной кривой от исходного показывают, что плотность дефектов увеличивается от образца, выполненного в рамках модели Такаги–Топена (3.5 5.0) 109 см-2 в исходной структуре и струкдля идеального деформированного кристалла. Так как туре отожженной при 500C до (7.0 8.0) 109 см-2 существующие модели расчетов не позволяют корректно в структуре, отожженной при 600C. Корреляционные учесть наличие избыточных атомов одной группы в длины в направлении [110], перпендикулярному вектору подрешетке атомов другой группы, в проведенныъ нами дифракции, соответственно уменьшаются от 25 30 до расчетах для компенсации допольнительной деформа20 22 нм. Небольшое уширение когерентного пика и ции, обусловленной наличием избыточного As, была уменьшение его интенсивности для отожженных образнесколько увеличена толщина слоев InAs, что практицов (см. рис. 3), по-видимому, связано с уменьшением чески не повлияло на точность определения периода полной протяженности интерференционной картины.

сверхструктуры. Расчетная кривая показана на рис. 4.

На том же рисунке для сравнения приведена экспериментальная кривая качания для неотожженного образОбсуждение ца. Видно, что расчетная и экспериментальная кривые хорошо согласуются друг с другом как качественно, Полученные экспериментальные данные позволяют так и количественно. Проведенные расчеты позволили утверждать, что выращенная при низкой температуре уточнить период сверхрешетки и точность (однородInAs–GaAs периодическая структура обладает высоким кристаллическим совершенством, которое на рентгенов- ность) его воспроизведения по толщине. Предположение о наличии небольшого градиента периода по толщине, ских дифракционных кривых характеризуется узкими интенсивными пиками отражения и протяженной ин- основанное на анализе формы дальних сверхструктурных пиков, подтвердилось результатами расчетов.

терференционной картиной, формируемой толщинными осцилляциями и сверхструктурными пиками. Как отдель- Вследствие изменения состояния избыточного мыные слои, так и структура в целом обладают высокой шьяка в процессе отжига (образование кластеров, увепланарностью, толщины слоев хорошо воспроизводятся личение их размеров с ростом температуры) можно от периода к периоду. Слабая интенсивность диффузно было бы ожидать значительного увеличения диффузного рассеянного рентгеновского излучения и характер его рассеяния в отожженных образцах по сравнению с исраспределения в обрантном пространстве (см. -кривые ходными. Однако проведенные исследования показали, на рис. 3) указывают на сравнительно низкую плотность что диффузное рассеяние мало изменяется при отжидефектов в структурах и их малый размер. По-видимому, ге. Это означает, что отжиг не привел к образованию основная часть дефектов, дающих вклад в диффузное новых и (или) значительному увеличению плотности Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № Высокоразрешающие рентгенодифракционные исследования сверхрешеток InAs–GaAs... Рис. 4. Экспериментальная (1) и расчетная (2) кривые дифракционного отражения от сверхрешетки InAs–GaAs, выращенной при низкой температуре. Рефлекс (004). Излучение CuK1. Расчетные параметры структуры TSL = 300, TInAs = 3.

и размеров уже существующих дефектов, определяю- тере распределения диффузной компоненты дифрагирущих диффузное рассеяние, а рассеяние на кластерах емого излучения позволяет предположить, что в образуAs размером до 8 нм и в концентрации 1016 см-3 ющихся кластерах As, начиная с весьма малого размера, мало. Слабая рассеивающая способность кластеров As, формируется собственная кристаллическая структура с по-видимому, обусловлена тем, что кластеры встраи- параметрами, согласованными с параметрами матрицы ваются в решетку GaAs без образования сильных ло- GaAs. По-видимому, именно это объясняет тот факт, кальных деформаций окружающей матрицы и без обра- что кластеры встраиваются с решетку практически без зования протяженных структурных дефектов типа дис- образования структурных дефектов, а средний параметр локаций несоответствия, образующихся при релаксации решетки слоя GaAs, выращенного при низкой температуупругих напряжений. Этот вывод подтверждается ре- ре, релаксирует к значениям, характерным для стехиомезультатами электронно-микроскопических исследований трического GaAs, что хорошо видно по сдвигу пика OSL.

образцов. Из рис. 1 и таблицы видно, что отжиг при 500C Процесс структурного преобразования происходит, по- вызывает лишь незначительные изменения коэффициенвидимому, следующим образом. В процессе отжига боль- та отражения и полуширины основных пиков кривых шая часть избыточного мышьяка, занимавшего исходно качания. Значительно более сильные изменения этих места в подрешетке галлия, диффундирует по кристал- параметров происходят после отжига при 600C. Ушилу и образует мелкие кластеры, достаточно однородно рение подложечного пика и уменьшения его коэффицираспределенные по объему периодической структуры. ента отражения, по-видимому, обусловлено диффузией Отсутствие сколько-нибудь заметных изменений в харак- избыточного мышьяка в подложку.

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 30 Н.Н. Фалеев, В.В. Чалдышев, А.Е. Куницын, В.В. Преображенский, М.А. Путято, Б.Р. Семягин...

Незначительное увеличение диффузной компоненты значениям, полученным методом рентгеноспектральнодифрагируемого излучения на отожженных образцах не го микроанализа. Тем не менее следует отметить, что позволяет связать наблюдаемое на соответствующих ко- использование в таком анализе параметров кривых кагерентных кривых (см. рис. 1 и 2, кривые 2 и 3) размытие чания для образца, отожженного при 500C, привоинтерференционных картин и погасание сверхструктур- дит к несколько заниженным значениям концентрации ных максимумов с некогерентным рассеянием рентге- избыточного мышьяка. Это обусловлено тем, что поновского излучения непосредственно на кластерах As. сле отжига при 500C небольшая часть избыточного Основной причиной этого эффекта, по всей видимости, мышьяка по-прежнему остается в атомарном виде, и является нарушение планарности эпитаксиальных сло- параметр решетки такого материала несколько больше, ев [8], т. е. увеличение неоднородности слоев по толщине, чем в стехиометрическом материале. После отжига при размытие интерфейсов и увеличение их шероховатости 600C практически весь избыточный мышьяк переходит вследствие диффузии индия, а также формирования кла- в кластеры, а концентрация атомарного мышьяка пренестеров As вблизи тонких слоев InAs. Следует отметить, брежимо мала. При этом параметр решетки оказывается что из-за высокой концентрации собственных точечных немного меньшим, чем в стехиометрическом материале, дефектов, в частности вакансий галлия, диффузия индия вследствие высокой концентрации вакансий галлия и в GaAs, выращенном при низкой температуре, проис- кластеров As. По нашим оценкам, эта деформация ходит значительно быстрее, чем в стехиометрическом составляет около -7.5 · 10-5. С учетом указанных поматериале [9]. Данные работы [9] были использова- правок можно заключить, что концентрация избыточного ны для оценки диффузионного размытия слоев InAs в As в исследованных нами сверхрешетках InAs–GaAs исследованных нами сверхрешетках. Оказалось, однако, составляет 0.3%, средняя концентрация InAs в эпитакчто длины диффузии индия за время отжига образцов, сиальных пленках равна 0.85%, а средняя толщина слоев полученные из экстраполяции данных [9], в несколько InAs в сверхрешетке составляет 2.28 ± 0.02.

раз меньше оценок непланарности (неоднородности) периода сверхрешетки, полученных из данных по протяженности -2 интерференционных картин (см. ±TSL Заключение в таблице). Столь существенная разница, возможно, связана с тем, что в работе [9] исследовались образцы Проведенные рентгенодифракционных исследования с иной структурой: сверхрешетка (6нм In0.2Ga0.8As– показали, что выращенная методом молекулярно-луче10 нм GaAs) выращивались при нормальной температу- вой эпитаксии при низкой температуре 30-периодная ре, а в качестве источника вакансий галлия использо- сверхрешетка InAs–GaAs является кристаллически совался слой GaAs, выращенный при низкой температуре вершенной, несмотря на наличие 0.3 ат% избыточного поверх этой сверхрешетки. В нашем же случае как мышьяка. Толщина слоев InAs в этой сверхрешетке сослои GaAs, так и тонкие слои InAs выращивались при ставляет около 1 монослоя, а неоднородность периода и низкой температуре, что должно обеспечить большую отклонения от планарности слоев не превышают 1 нм. На концентрацию вакансий и, соответственно, больший ко- кривых качания такой сверхрешетки в широком угловом эффициент In–Ga-интердиффузии. диапазоне наблюдается ярко выраженная протяженная Кроме того, наличие периодического деформацион- интерференционная картина, близкая к идеальной, поного потенциала в сверхрешетке InAs–GaAs оказыва- лученной из модельных расчетов. Интенсивность дифет существенное влияние на пространственное распре- фузного рассеяния мала. Анализ данных рентгеновской деление кластеров мышьяка, образующихся в процес- дифракции позволяет утверждать, что основная часть се отжига [5]. Тонкие слои InAs являются центра- избыточных атомов мышьяка, захваченных в пленку в ми аккумуляции кластеров, что было подтверждено процессе низкотемпературной эпитаксии, занимает позиэлектронно-микроскопическими исследованиями. Фор- ции в катионной подрешетке, образуя антиструктурные мирование кластеров приводит к вытеснению индия и дефекты AsGa.

разрыхлению тонких слоев InAs. Это неоднородное раз- В процессе отжига избыточный мышьяк образует кларыхление в совокупности с диффузионным размытием, стеры, большая часть которых аккумулируется на тонких по-видимому, и определяет наблюдаемые эксперимен- слоях InAs. Формирование кластеров приводит к разрыхтально изменения кривых качания при отжиге. Очевидно, лению и ухудшению однородности слоев InAs. Кроме что размытие и разрыхление слоев InAs должно быть того, при отжиге сверхрешетки InAs–GaAs происходит тем сильнее, чем выше температура отжига образца, что интердиффузия индия, ускоренная из-за высокой концени наблюдалось экспериментально.

трации собственных точечных дефектов. Эти явления Как видно из таблицы, значения концентраций из- приводят к затуханию сверхструктурных максимумов в быточного As и толщин слоев InAs в периодической отожженных образцах. Установлено, что кластеры мыструктуре, полученные из сравнения параметров кривых шьяка не дают сколько-нибудь существенного вклада в качания для исходного образца и образцов, отожженных диффузное рассеяние рентгеновского излучения, которое при 500 и 600C, весьма близки к соответствующим слабо изменяется при отжиге.

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № Высокоразрешающие рентгенодифракционные исследования сверхрешеток InAs–GaAs... Авторы признательны Н.А. Берту и Ю.Г. Мусихину за данные электронно-микроскопических исследований.

Работа была поддержана Российским фондом фундаментальных исследований и Министерством науки России (программы: ”Фуллерены и атомные кластеры” и ”Физика твердотельных наноструктур”).

Список литературы [1] Molecular Beam Epitaxy and Heterostructures, ed. by L.L. Chang and K. Ploog (Martinus Nijhoff Publishers:

Dordrecht, Boston, Lancaster, 1985).

[2] M. Kaminska, Z. Liliental-Weber, E.R. Weber, T. George, J.B. Kortright, F.W. Smith, B.Y. Tsaur, A.R. Calawa. Appl. Phys.

Lett. 54, 1831 (1989).

[3] Н.А. Берт, А.И. Вейнгер, М.Д. Вилисова, С.И. Голощапов, И.В. Ивонин, С.В. Козырев, А.Е. Куницын, Л.Г. Лаврентьева, Д.И. Лубышев, В.В. Преображенский, Б.Р. Семягин, В.В. Третьяков, В.В. Чалдышев, М.П. Якубеня. ФТТ, 35, 2609 (1993).

[4] T.M. Cheng, C.V. Chang, A. Chin, J.H.Huang. Appl. Phys.

Lett., 64, 2517 (1994).

[5] Н.А. Берт, В.В. Чалдышев, Д.И. Лубышев, В.В. Преображенский, Б.Р. Семягин. ФТП, 29, 2232 (1995).

[6] G.M. Martin. Appl. Phys. Lett., 39, 747 (1981).

[7] M. Lesczynski. Phys. Rev. B, 48, 17046 (1993).

[8] В.Г. Груздов, А.О. Косогов, Н.Н. Фалеев. Письма ЖТФ, 20, вып. 14, 1 (1994).

[9] J.C. Tsang, C.P. Lee, S.H. Lee, C.M. Tsai, J.C. Fan. J. Appl.

Phys., 79, 664 (1996).

Редактор В.В. Чалдышев High-resolution x-ray diffraction study of InAs–GaAs superlattice grown by molecular-beam epitaxy at low temperature N.N. Faleev, V.V. Chaldyshev, A.E. Kunitsyn, V.V. Preobrazhenskii, M.A. Putyato, B.R. Semyagin, V.V. Tret’yakov A.F. Ioffe Physicotechnical Institute, Russian Academy of Sciences, 194021 St. Petersburg, Russia Institute of Semiconductor Physics, Siberian Branch of Russian Academy of Sciences, 630090 Novosibirsk, Russia

Abstract

Pages:     | 1 ||



© 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.