ГЕТЕРОЭПИТАКСИАЛЬНЫЙ РОСТ РОДСТВЕННЫХ С ОЛОВОМ МАТЕРИАЛОВ IV ГРУППЫ НА Si ОСНОВЕ МЕТОДОМ МЛЭ С ГАЗОВЫМ ИСТОЧНИКОМ В ПРИСУТСТВИИ ГОРЯЧЕЙ НИТИ
Титова А.М.1), Шенгуров В.Г. 1), Денисов С.А.1), Зайцев А.1), Бузынин Ю.Н2), Чалков В.Ю.1), Филатов Д.О.1), Алябина Н.А.1), Трушин В.Н.1), Нежданов А.В.1)
1)Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, Нижний Новгород
2) Институт физики микроструктур РАН, Нижний Новгород,
Эпитаксиальные слои GeSn(Si) в составе гетероструктур (ГС) на основе Si, Ge и Sn необходимы для использования в качестве активных слоев светодиодов и фотодетекторов, монолитно интегрируемых в оптоэлектронные ИС на базе Si.
В данной работе представлены результаты исследования ГС GeSn(Si)/Si(001), выращенных при термическом разложении моногермана (GeH4) на горячей нити в камере установки МЛЭ. Ранее нами было продемонстрировано получение этим методом высококачественных ГС Ge/Si(001) [1].
Методика формирования слоев твердого раствора GeSn(Si) на Si(001) близка к описанной в работе [1]. Дополнительно к потоку Ge формировался поток Sn испарением его из эффузионной ячейки. В случае роста слоев GeSnSi дополнительно формировали поток атомов Si путем сублимации кремниевого источника. Состав слоев варьировали путем изменения потоков этих элементов. Температура роста ГС была 250 - 325 °С. Слои GeSn(Si) растили как на буферном слое Ge толщиной ~ 1 мкм, так и непосредственно на Si(001) подложке.
В работе представлены результаты исследования морфологии поверхности слоев в зависимости от доли Sn в них, которую варьировали путем изменения температуры эффузионной ячейки в пределах от 850 °Cдо 1040 °C. При TSn = 900 °C величина rms = 1,5 нм, при TSn = 1040 °C– rms = 8,6 нм.
О структурном совершенстве слоев судили по данным метода рентгеновской дифракции. Интегральная ширина кривой качания на полувысоте максимума интенсивности составляла FWHM ≈ 9 угл. мин. Степень релаксации (RES) слоев GeSn уменьшается с увеличением содержания Sn в слоях и начинается с x = 2,7 % ат. почти линейно.
Как показали результаты холловских измерений нелегированные Ge1-xSnx/Si(001) были p-типа проводимости, что обусловлено, вероятно, дефектами, образующимися при росте слоев, которые действуют как акцепторные состояния.
При in situ легировании слоев GeSn атомами Ga, они оказались более совершенными по структуре: величина параметра FWHM у них меньше, чем у нелегированных. По-видимому, атомы Ga улучшают послойный рост слоев.
Таким образом, в данной работе впервые методом МЛЭ с газовым источником в присутствии горячей нити выращены достаточно высококачественные ГС GeSn/Si(100).
Работа выполнена в рамках проекта РНФ № 23-22-00156.
Литература
[1] Gallium-doped germanium epitaxial layers grown on silicon substrates by hot wire chemical vapor deposition / V.G. Shengurov, S.A. Denisov, V. Yu. Chalkov, D.O. Filatov, A.V. Kudrin, S.M. Sychyov, V.N. Trushin, A.V. Zaitsev, A.M. Titova, N.A. Alyabina // Materials Science and Engineering B. – 2020. – V.259. – 114579 (DOI: 10.1016/j.mseb.2020.114579).