Есин М.Ю.   Дерябин А.С.   Колесников А.В.   Никифоров А.И.  

Формирование ступенчатой поверхности Si(100) при росте Si и смачивающего слоя Ge

Докладчик: Есин М.Ю.

Возможность выращивания GaP на неполярном материале с согласованной решеткой (например, Si) делает GaP отличным кандидатом для многих оптических устройств. При росте молекулярно-лучевой эпитаксии GaP на неполярной подложке Si(100) образуются антифазные границы (АФГ) в границе раздела GaP/Si как следствие формирование двух подрешеток на поверхности по обе стороны АФГ [J. Cryst. Growth 363 (2013) 258–263]. Бездефектный GaP на Si достижим при формировании однородного монослоя состоящего только из атомов Ga или из атомов P на поверхности Si со ступенями с высотой кратной двум атомным слоям. Как известно, что АФГ образуются в окрестности моноатомных ступеней на поверхности Si. Поэтому для гетероэпитаксии соединений III–V на кремнии используются подложки с углом отклонения θ>2о, так как на таких поверхностях формируется стабильная однодоменная поверхность с двухслойными ступенями, которая позволяет избежать проблемы формирования АФГ на ступенях. Важно отметить, что в промышленных масштабах наиболее широко применяются подложки Si(100) с малым отклонением до 0,5°. В связи с этим есть необходимость исследований по формированию однодоменной поверхности Si(100) с двухслойными ступенями на подложках с отклонением до 0,5о.

Раннее было показано, что формирование системы двухслойных ступеней на поверхности Si(100) возможно лишь в определенном диапазоне температуры подложки, скорости роста Si и угла отклонения θ подложки Si(100). Это связано с тем, что на поверхности Si(100), по причине анизотропной реконструкции (2×1) и впоследствии отличного тензора поверхностного натяжения на соседних террасах, существует отталкивающие упругое взаимодействие между ступенями [ЖЭТФ Т. 79, вып. 1(7), 1980]. В предположении достаточно сильного потенциала взаимодействия ступеней, полное попарно сближение ступеней маловероятно. Таким образом, при росте Si на Si(100) формируется некоторая минимальная ширина TA-террасы, которая увеличивается с повышением температуры подложки. При росте смачивающего слоя Ge, в отличие от роста Si, формируется упруго-напряженный слой Ge. Как известно, приложение механической извне деформации сжатия или растяжения приводит к неравной заселенности доменов 2×1 и 1×2 [PRL 61 21 (1988)]. Возможность формирования однодоменной поверхности, тип однодоменной поверхности, влияние деформации сжатия и физическое объяснение этого эффекта в смачивающем слое Ge остаются неясными. Выяснение особенностей формирования однодоменной поверхности смачивающего слоя Ge на Si(100) требует дальнейшего экспериментального и теоретического исследований.

В данной работе проведены исследования ступенчатой поверхности при эпитаксиальном росте Si и Ge на подложках Si(100) методом дифракции быстрых электронов (ДБЭ). Представлены температурные зависимости основных параметров сближения ступеней это стационарная интенсивности ДБЭ от TA-террасы и время выхода ее на стационарный уровень на подложках Si(100) с отклонением 0,5о и 0,1о. Представлены результаты релаксации ступеней или восстановление ступеней поверхности в исходное их расположение поверхности Si(100) после их сближения при росте Si. А также представлены временные зависимости ДБЭ при росте смачивающего слоя Ge на Si(100) при различных температурах подложки.


К списку докладов