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 соединений A3B5 на неполярном материале с согласованной решеткой (например, Si) делает их отличным кандидатом для многих оптических устройств. При росте молекулярно-лучевой эпитаксии A3B5 на Si(100) образуются антифазные границы (АФГ) в границе раздела A3B5/Si, как следствие формирование двух подрешеток на поверхности по обе стороны АФГ [J. Cryst. Growth 363 (2013) 258–263]. Материалы A3B5 с наименьшей дефектностью на Si достижимы при формировании однородного монослоя состоящего только из атомов одного сорта на поверхности Si(100) со ступенями 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 0,5о. 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 поверх-ности Si(100) возможно лишь в определенном диапазоне температуры подложки, скорости роста Si и угла отклонения 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 Ge на Si(100) на начальных этапах формируется упруго-напряженный смачивающий слой Ge. Как известно, приложение механической 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. Определение особенностей формирования однодоменной поверхности Si(100) и 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: 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 поверхности Si(100) в исходное расположение после сближения ступеней при росте Si. А также представлены временные зависимости интенсивностей сверхструктурных рефлексов ДБЭ при росте смачивающего слоя Ge на Si(100) при различных температурах подложки.
К списку докладов