WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Физика твердого тела, 2005, том 47, вып. 1 Влияние скорости осаждения Ge на рост и фотолюминесценцию самоформирующихся островков Ge(Si) / Si(001) © Н.В. Востоков, З.Ф. Красильник, Д.Н. Лобанов, А.В. Новиков, М.В. Шалеев, А.Н. Яблонский Институт физики микроструктур Российской академии наук, 603950 Нижний Новгород, Россия E-mail: shaleev@ipm.sci-nnov.ru Представлены результаты исследований роста и фотолюминесценции (ФЛ) самоформирующихся островков Ge(Si) / Si(001), полученных в широком интервале скоростей (vGe = 0.1-0.75 / s) осаждения Ge при температуре Tg = 600C. АСМ-исследования показали, что для всех скоростей осаждения Ge доминирующим типом островков на поверхности являются dome-островки. Обнаружено, что латеральный размер островков уменьшается, а их поверхностная плотность растет с увеличением vGe. Уменьшение латерального размера связывается как с увеличением содержания Ge в островках, так и с увеличением доли поверхности, занятой ими. Обнаруженное смещение положения пика ФЛ в область меньших энергий также объясняется повышением содержания Ge в островках при увеличении vGe.

Работа выполнена при поддержке гранта Российского фонда фундаментальных исследований № 02-0216792, проекта INTAS NANO N 01-444 и программ Минпромнауки РФ.

1. Введение могут не достигать критического размера, необходимого для их перехода в островки куполообразного типа.

Образование трехмерных самоформирующихся ост- В данной работе представлены результаты исследоваровков, вызванное рассогласованием кристаллических ний влияния поверхностной плотности островков, вырешеток Ge и Si, экспериментально наблюдается в ращенных при температуре осаждения Ge Tg = 600C, широком интервале температур роста и скоростей оса- на морфологию поверхности. Изменение поверхностной плотности островков достигалось за счет варьирования ждения Ge на поверхность Si(001) [1–3]. Проведенные ранее исследования показали [1,4], что рост самоформи- скорости осаждения Ge. Исследовано также влияние скорости осаждения Ge на оптические свойства структур рующихся островков Ge(Si) / Si(001) при температурах осаждения Ge Tg 600C начинается с появления на по- с островками, выращенными при 600C.

верхности пирамидальных островков. При возрастании количества осажденного Ge эти островки увеличиваются 2. Методика эксперимента в размерах с сохранением формы. Достигнув некоторого критического объема, пирамидальные островки трансИсследуемые структуры были выращены на подформируются в куполообразные (dome) [5], имеющие ложках Si(001) методом молекулярно-лучевой эпитакбольший по сравнению с пирамидальными угол между сии из твердых источников. Структуры для исследобоковыми гранями и основанием. Рост куполообразных ваний морфологии поверхности состояли из буферноостровков происходит в основном за счет увеличения го слоя Si толщиной 150-200 nm и слоя Ge с эких высоты с практически неизменным размером в вивалентной толщиной dGe = 7-8 ML, сформированноплоскости роста. Для температур роста Tg 600C и го при Tg = 600C в интервале скоростей осаждения эквивалентной толщины осаждаемого Ge dGe > 7ML Ge vGe = 0.1-0.75 / s. В структурах для оптических (1ML 0.14 nm) доминирующим типом островков на исследований после осаждения Ge выращивался поповерхности являются куполообразные островки накровный слой Si. Исследования морфологии поверхнонометрового размера. При уменьшении температуры сти структур выполнены с помощью атомно-силового осаждения Ge ниже 600C на поверхности структур микроскопа (АСМ) „Solver“ P4 с использованием беспоявляются hut островки [6,7] — „квантовые точки“ контактной моды. Для регистрации спектров фотопирамидальной формы, имеющие прямоугольное основалюминесценции (ФЛ) применялся Фурье-спектрометр ние, вытянутое вдоль направления типа [100] или [010].

BOMEM DA3.36 с охлаждаемым InSb-детектором. ОпПри температурах роста Tg 550C на поверхности тическая накачка осуществлялась Ar+-лазером (линия наблюдаются только hut островки, а куполообразные 514.5 nm).

отсутствуют. Одним из объяснений данного резкого изменения морфологии поверхности, происходящего в узком температурном интервале, может служить суще- 3. Результаты и их обсуждение ственное увеличение поверхностной плотности островков при понижении температуры осаждения Ge [8]. Из-за Проведенные АСМ-исследования структур с самофорвысокой поверхностной плотности островков при низких мирующимися островками Ge(Si) / Si(001), выращенных температурах осаждения Ge пирамидальные островки при Tg = 600C, показали, что для всех скоростей оса42 Н.В. Востоков, З.Ф. Красильник, Д.Н. Лобанов, А.В. Новиков, М.В. Шалеев, А.Н. Яблонский Анализ зависимости поверхностной плотности островков от vGe показал, что ее максимальное значение для Tg = 600C не достигает (оказывается в 1.3 раза меньше) значения плотности островков в структурах, выращенных при Tg = 580C (рис. 2), т. е. при той температуре, при которой на поверхности появляются hut островки. Полагается, что именно более низкая поверхностная плотность островков, выращенных при Tg = 600C, приводит к тому, что на поверхности таких структур даже при больших скоростях осаждения Ge не наблюдается образования hut островков.

Одной из причин уменьшения латерального размера куполообразных островков при увеличении скорости осаждения Ge может являться зависимость состава островков от скорости осаждения Ge. При фиксированной толщине осажденного слоя Ge с увеличением скорости роста сокращается время, в течение которого формируются островки, а следовательно, и время, в течение которого происходит диффузия Si в незарощенные островки. Уменьшение почти на порядок времени осаждения слоя Ge при увеличении vGe от 0.1 до 0.75 / s может привести к росту среднего содержания Ge в островках.

Проведенные ранее теоретические [5] и экспериментальные [9] исследования роста островков Ge(Si) / Si(001) показали, что размеры пирамидальных и куполообразных островков уменьшаются с увеличением доли Ge в них.

Следовательно, увеличение содержания Ge в островках с ростом скорости осаждения Ge может служить одной из причин экспериментально обнаруженного уменьшения латеральных размеров куполообразных островков.

Другой причиной изменения латерального размера куполообразных островков может являться увеличение доли поверхности, занятой островками, при повышении vGe (рис. 1). Как было показано в [10], упругие взаимоРис. 1. АСМ-снимки поверхности структур, выращенных при действия между островками при высокой доле поверхvGe = 0.1 (a) и 0.3 / s (b). Размер снимков 1 1 µm2.

ности, занятой ими, также могут приводить к уменьшению критического размера пирамидальных островков, а следовательно, и к уменьшению латерального размера куполообразных островков.

ждения Ge, лежащих в интервале vGe = 0.1-0.75 / s, на поверхности структур наблюдаются островки двух типов: пирамидальные и куполообразные с преобладанием последних (рис. 1). На рис. 1 приведены АСМ-снимки поверхности структур, выращенных при скоростях осаждения Ge vGe = 0.1 и 0.3 / s. Именно в интервале скоростей осаждения Ge 0.1-0.3 / s происходят основные изменения параметров островков (рис. 1). При увеличении скорости осаждения Ge от vGe = 0.1 до 0.3 / s поверхностная плотность куполообразных островков возрастает в 5 раз (с 4.4 · 109 до 2.2 · 1010 cm-2), а их латеральный размер уменьшается на 30% (с 90 до 63 nm) (рис. 2). При дальнейшем увеличении скорости осаждения Ge (до 0.75 / s) поверхностная плотность и латеральный размер островков изменяются слабо и выходят на некоторые предельные значения:

поверхностная плотность возрастает до 2.6 · 1010 cm-2, Рис. 2. Зависимости поверхностной плотности и среднего а латеральный размер лежит в диапазоне 60-70 nm. латерального размера островков от скорости осаждения Ge.

Физика твердого тела, 2005, том 47, вып. Влияние скорости осаждения Ge на рост и фотолюминесценцию самоформирующихся островков... в островках вызывает увеличение разрыва валентных зон между кремнием и островком, что в результате приводит к уменьшению энергии непрямого оптического перехода (см. вставку на рис. 3, b) [9] и к экспериментально наблюдаемому смещению положения пика ФЛ от островков в область меньших энергий при увеличении скорости осаждения Ge.

4. Заключение В настоящей работе исследованы рост и ФЛ самоформирующихся островков Ge(Si) / Si(001), выращенных при 600C, в зависимости от скорости осаждения Ge.

Показано, что при всех используемых скоростях осаждения Ge (0.1-0.75 / s), несмотря на значительное увеличение поверхностной плотности островков при повышении скорости роста, доминирующим типом островков на поверхности остаются куполообразные. Уменьшение латерального размера таких островков при возрастании скорости осаждения Ge связывается с увеличением как доли Ge в них, так и доли поверхности, занятой островками. Обнаруженное смещение пика ФЛ от островков в область меньших энергий при увеличении скорости осаждения Ge также объясняется ростом содержания Ge в островках.

Список литературы [1] T.I. Kamins, E.C. Carr, R.S. Williams, S.J. Rosner. J. Appl.

Рис. 3. a) Спектры ФЛ структур с островками, выращенными Phys. 81, 211(1997).

при различных скоростях осаждения Ge. b) Положение макси- [2] О.П. Пчеляков, Ю.Б. Болховитянов, А.В. Двуреченский, мума пика ФЛ от островков в зависимости от vGe. СпектрыФЛ Л.В. Соколов, А.И. Никифоров, А.И. Якимов, Б. Фойхтлензаписаны при T = 4 K с помощью InSb-детектора.

дер. ФТП 34, 1281 (2000).

[3] M.W. Dashiell, U. Denker, C. Muller, G. Costantini, C. Manzano, K. Kern, O.G. Schmidt. Appl. Phys. Lett. 80, 1279 (2002).

Исследования спектров ФЛ выращенных структур [4] A.V. Novikov, B.A. Andreev, N.V. Vostokov, Yu.N. Drozdov, показали, что в низкоэнергетической части спектра всех Z.F. Krasil’nik, D.N. Lobanov, L.D. Moldavskaya, A.N. Yabисследованных структур наблюдается широкий пик ФЛ lonskiy, M. Miura, N. Usami, Y. Shiraki, M.Ya. Valakh, N. Mesters, J. Pascual. Mater. Sci. Eng. B 89, 62 (2002).

(рис. 3, a). Данный пик ФЛ связывается с непрямым [5] F.M. Ross, J. Tersoff, R.M. Tromp. Phys. Rev. Lett. 80, оптическим переходом между дырками, локализованны(1998).

ми в островках, и электронами, находящимися в Si на [6] Y.-W. Mo, D.E. Savage, B.S. Swartzentruber, M.G. Lagally.

гетерогранице типа II с островком [11] (см. вставку на Phys. Rev. Lett. 65, 1020 (1990).

рис. 3, b).

[7] O.G. Schmidt, C. Lange, K. Eberl. Phys. Stat. Sol. (b) 215, Сравнение спектров ФЛ структур, выращенных при 319 (1999).

различных скоростях осаждения Ge, показало, что при [8] Н.В. Востоков, З.Ф. Красильник, Д.Н. Лобанов, А.В. Новиувеличении скорости роста происходит смещение поков, М.В. Шалеев, А.Н. Яблонский. ФТТ 46, 1, 63 (2004).

ложения пика ФЛ от островков в область меньших [9] Н.В. Востоков, Ю.Н. Дроздов, З.Ф. Красильник, Д.Н. Лобанов, А.В. Новиков, А.Н. Яблонский. Письма в ЖЭТФ 76, энергий. Величина сдвига составляет 35 meV при 365 (2002).

увеличении скорости осаждения Ge от vGe = 0.1 до [10] J.A. Floro, G.A. Lucadamo, E. Chason, L.B. Freund, 0.75 / s (рис. 3, b). Данное смещение пика ФЛ от M. Sinclair, R.D. Twesten, R.Q. Hwang. Phys. Rev. Lett. 80, островков связывается с повышением содержания Ge в 4717 (1998).

островках при увеличении скорости роста. Как отмеча[11] В.Я. Алешкин, Н.А. Бекин, Н.Г. Калугин, З.Ф. Красильник, лось выше, увеличение vGe может привести к росту доли А.В. Новиков, В.В. Постников, Х. Сейрингер. Письма в Ge в островках за счет уменьшения времени, в течение ЖЭТФ 67, 46 (1998).

которого происходит диффузия Si из буферного слоя в незарощенные островки. Рост среднего содержания Ge Физика твердого тела, 2005, том 47, вып.




© 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.