ДАЛЬНОДЕЙСТВУЮЩИЕ НАПРЯЖЕНИЯ В ЭПИТАКСИАЛЬНОЙ ПЛЕНКЕ, СОЗДАННЫЕ ДИСЛОКАЦИЯМИ НЕСООТВЕТСТВИЯ

The equation connecting the misfit parameter f, the number of misfit dislocation (MD) families and the distances between MDs of the same family with the edge Burgers vector components taken for different dislocation families is obtained for the first time. It is valid for various interface boundaries (hkl). To get the equation, the long range normal and shear stresses associated with MD distribution have been considered. The optimum and non−optimum stress releasing processes are discussed. The problem of threading dislocation density diminution with generation of intersecting MDs with the same Burgers vector (L−shape MDs) is also considered for (001) and (111) interfaces. It is shown that such type MDs grow the level of the long range shear stresses and can be effectively generated only at an early stage of relaxation.Для границы раздела (ГР) произвольной ориентации (hkl) впервые получено выражение, устанавливающее взаимосвязь между параметром несоответствия эпитаксиальной гетеросистемы f, числом дислокационных семейств, участвующих в процессе снятия напряжений несоответствия, линейными плотностями дислокаций несоответствия (ДН) каждого семейства, а также значениями проекций краевых компонент векторов Бюргерса ДН на ГР. Для получения выражения рассмотрены дальнодействующие поля нормальных и сдвиговых напряжений, возникающие в приповерхностном слое эпитаксиальной пленки. Сформулированы критерии оптимального и неоптимального протекания релаксационного процесса снятия напряжений несоответствия. Для ГР (001) и (111) обсуждена проблема уменьшения плотности пронизывающих дислокаций при введении пересекающихся ДН, имеющих одинаковые векторы Бюргерса (Г-образных ДН). Показано, что эффективная генерация таких ДН возможна только на начальной стадии релаксационного процесса, поскольку сопровождается увеличением уровня дальнодействующих сдвиговых напряжений

ФОРМИРОВАНИЕ МАЛОУГЛОВОЙ ГРАНИЦЫ В ВИЦИНАЛЬНОЙ ГЕТЕРОСИСТЕМЕ GeSi/Si (001)

The structural state of GexSi1−x films grown on Si substrates with the vicinal orientation (1 1 13) has been studied. The (1 1 13) orientation has been obtained by rotating the singular plane (001) around the [11−0] axis. The x parameter of GexSi1−x films in different samples ranged from 0.083 to 0.268. Triclinic distortions arising in film crystal lattice have been analyzed using our technique developed for the determination of epitaxial layer structural parameters based on the X−ray diffractometry data. It has been established that during the epitaxial process the film lattice turns around the direction of surface steps due to the introduction of misfit dislocations into the interface. Dislocations with Burgers vector a/2<110> which is not parallel to the interface create an analog of a tilt boundary. The turning angle value ψ is proportional to the misfit dislocation density. This phenomenon is associated with a decrease of the interface symmetry that leads to a change in the efficiency of stress relieving by dislocations belonging to different families. The influence of these families on the low−angle boundary formation is considered. Experimental values of the ψ angle and shear strain for the [13 13 2−] and [1−10] directions lying in the interface (1 1 13) have been defined. A comparison of the experimental and calculated values of ψ for the [13 13 2−] direction is provided. Исследовано структурное состояние пленок GexSi1−x, выращенных на подложках Si вицинальной ориентации (1 1 13), отклоненной вокруг направления [11−0] на угол 6,2° от сингулярной ориентации (001). В пленках GexSi1−x содержание германия х в различных образцах составляло от 0,083 до 0,268. С помощью развитой авторами методики определения структурных параметров эпитаксиальных слоев по данным рентгеновской дифрактомерии проанализированы триклинные искажения, возникающие в кристаллической решетке пленки. Установлено, что в процессе эпитаксии решетка пленки поворачивается вокруг направления поверхностных ступеней в результате накопления в границе раздела дислокаций несоответствия, скользящих в плоскости (111). Дислокации с общим вектором Бюргерса типа а/2<110>, не параллельным границе раздела, формируют аналог малоугловой границы. Значение угла разворота ψ прямо пропорционально плотности дислокаций несоответствия. Природа этого явления связана с уменьшением симметрии границы раздела, что приводит к изменению эффективности снятия несоответствия дислокациями, принадлежащими к разным дислокационным семействам. Рассмотрено участие этих семейств в процессе образования малоугловой границы. Для направлений [13 13 2−] и [1−10], лежащих в границе раздела (1 1 13), определены экспериментальные значения углов разворота ψ и сдвиговой деформации. Представлено сравнение экспериментальных и расчетных значений ψ для направления [13 13 2−].

УПРУГОНАПРЯЖЕННЫЕ СЛОИ И НАНООСТРОВКИ GESISN В МНОГОСЛОЙНЫХ ПЕРИОДИЧЕСКИХ СТРУКТУРАХ

This work deals with elastically strained GeSiSn films and GeSiSn islands. Kinetic diagram of GeSiSn growth at different lattice mismatches between GeSiSn and Si has been established. Multilayer periodic structures with pseudomorphic GeSiSn layers and GeSiSn island array have been obtained. The density of the islands in the GeSiSn layer reaches 1.8 ⋅ 1012 cm−2 at an average island size of 4 nm. Analysis of the rocking curves showed that the structures contain smooth heterointerfaces, and strong changes of composition and thickness from period to period have not been found. Photoluminescence has been demonstrated and calculation of band diagram in the model solid theory approach has been carried out. Luminescence for the sample with pseudomorphic Ge0.315Si0.65Sn0.035 layers in narrow range of 0.71—0.82 eV is observed with the maximum intensity near 0.78 eV corresponding to a 1.59 µm wavelength. Based on a band diagram calculation for Si/ Ge0.315Si0.65Sn0.035/Si heterocomposition, one can conclud that luminescence with a photon energy of 0.78 eV corresponds to interband transitions between the X−valley in the Si and the heavy hole subband in the Ge0.315Si0.65Sn0.035 layer.Установлена кинетическая диаграмма морфологического состояния пленок GeSiSn при несоответствии параметров решетки между GeSiSn и Si от 3 до 5 %. На основе подбора толщины пленки GeSiSn выращены многослойные периодические структуры с псевдоморфными слоями и слоями, содержащими массив островков GeSiSn с плотностью до 1,8 ⋅ 1012 см−2 и средним размером 4 нм. Проведен анализ кривых дифракционного отражения для многослойных периодических структур. Показано наличие гладких гетерограниц, псевдоморфное состояние пленок GeSiSn и отсутствие изменений состава, а также толщины от периода к периоду. Получены спектры фотолюминесценции для структуры с псевдоморфными слоями Ge0,315Si0,65Sn0,035 с максимумом интенсивности фотолюминесценции вблизи 0,78 эВ, что соответствует длине волны 1,59 мкм. Проведен расчет зонной диаграммы с использованием подхода model solid theory. Исходя из результатов расчета зонной диаграммы, установлено, что обнаруженный пик люминесценции соответствует межзонным переходам между X−долиной в Si или между ∆4−долиной в Ge0,315Si0,65Sn0,035 и подзоной тяжелых дырок в слое Ge0,315Si0,65Sn0,035. Результаты исследований демонстрируют бездислокационные структуры с упругонапряженными псевдоморфными слоями и слоями, включающими массив островков высокой плотности. Дальнейшее изучение многослойных периодических структур будет направлено на увеличение содержания Sn и сравнение оптических свойств структур с островками и без островков

ЗАВИСИМОСТЬ ДЕФОРМАЦИОННОГО СОСТОЯНИЯ ПЛЕНОК GaAs НА ВИЦИНАЛЬНЫХ ПОДЛОЖКАХ Si(001) ОТ СПОСОБА ФОРМИРОВАНИЯ ПЕРВЫХ МОНОСЛОЕВ ПРОСЛОЙКИ GaP

A significant dependence of the strain state of GaAs film lattice grown by molecular−beam epitaxy (MBE) on the nucleation method of early GaP buffer layers (50 nm) on the vicinal substrate Si(001) 4° around the <011> axis was discovered. GaP growth started layer−by−layer with a gallium or a phosphorus sublayer. If GaP nucleated with a gallium sublayer, the GaAs film has a significant lattice rotation around the <011> axis. If the buffer starts forming with a phosphorus layer the GaAs film evidently rotates around the <001> axis. The film relaxation degree ex- ceeds 100%, and the film is in a laterally strained state. Analysis was carried out using the triclinic distortion model. A reciprocal space scattering map was obtained using X−ray diffraction in a three−axis low resolution setup. The map clearly shows that the GaAs film lattice is rotated.Выявлена существенная зависимость деформационного состояния кристаллической решетки пленок GaAs, выращенных методом молекулярнолучевой эпитаксии от способа зарождения первых слоев прослойки GaP (50 нм) на вицинальной подложке Si(001) 4° вокруг оси <011>. Рост GaP начинался послойно с галлиевого или фосфорного подслоя. Установлено, что в случае зарождения GaP с галлия, пленка GaAs имеет значительный поворот кристаллической решетки вокруг направления <011>. При фор- мировании прослойки с фосфорного подслоя заметен поворот пленки GaAs вокруг <001>. Степень релаксации пленки составляет более 100 %, она находится в латерально растянутом состоянии. Анализ проведен с использованием модели триклинных искажений. Представлена карта рассеяния в обратном пространстве, полученная с помощью рентгеновской дифрактометрии в трехосевой схеме малого разрешения. На карте явно виден факт поворота кристаллической решетки пленки GaAs.

Synthesis of epitaxial films based on Ge-Si-Sn materials with Ge/GeSn, Ge/GeSiSn, and GeSn/GeSiSn heterojunctions

Results of investigations into the synthesis of heterostructures based on Ge–Si–Sn materials by the method of low-temperature molecular beam epitaxy are presented. The formation of epitaxial films during structure growth has been controlled by the reflection high-energy electron diffraction method. Films with Ge/GeSn, Ge/GeSiSn, and GeSn/GeSiSn heterojunctions are grown with Sn content changing from 2 to 10 % at temperatures in the interval 150–350°С. The stressed state, the composition, and the lattice parameter are studied by the x-ray diffraction method using Omega-scan curves and reciprocal space maps. A tensile strain in the Ge film during Ge/Ge0.9Sn0.1/Si structure growth has reached 0.86%

Formation of SnO and SnO2 phases during the annealing of SnO(x) films obtained by molecular beam epitaxy

SnO and SnO2 films were obtained on the SiO2 surface by the molecular-beam epitaxy method. The initial film

Synthesis of epitaxial films based on Ge-Si-Sn materials with Ge/GeSn, Ge/GeSiSn, and GeSn/GeSiSn heterojunctions

Results of investigations into the synthesis of heterostructures based on Ge–Si–Sn materials by the method of low-temperature molecular beam epitaxy are presented. The formation of epitaxial films during structure growth has been controlled by the reflection high-energy electron diffraction method. Films with Ge/GeSn, Ge/GeSiSn, and GeSn/GeSiSn heterojunctions are grown with Sn content changing from 2 to 10 % at temperatures in the interval 150–350°С. The stressed state, the composition, and the lattice parameter are studied by the x-ray diffraction method using Omega-scan curves and reciprocal space maps. A tensile strain in the Ge film during Ge/Ge0.9Sn0.1/Si structure growth has reached 0.86%

Growth of epitaxial SiSn films with high Sn content for IR converters

Growth of SiSn compounds with a Sn content from 10 to 35% is studied. The morphology and surface structure of the SiSn layers are examined and the kinetic diagram of the morphological state of SiSn films is established in the temperature range of 150–450°C. During the growth of SiSn films from 150 to 300°C, oscillations of specular beam were observed. For the first time, periodic multilayer SiSn/Si structures with pseudomorphic monocrystalline SiSn layers with the Sn content from 10 to 25% are grown. The c(8×4) and (5×1) superstructures are identified during the growth of Si on the SiSn layer and the conditions are determined for the formation of the desired Si surface structure by controlling the growth temperature. From the diffraction reflection curves, the lattice parameter, the SiSn composition, and the period in the multilayer periodic structure are defined, which with high precision correspond to the specified values

Growth of epitaxial SiSn films with high Sn content for IR converters

Growth of SiSn compounds with a Sn content from 10 to 35% is studied. The morphology and surface structure of the SiSn layers are examined and the kinetic diagram of the morphological state of SiSn films is established in the temperature range of 150–450°C. During the growth of SiSn films from 150 to 300°C, oscillations of specular beam were observed. For the first time, periodic multilayer SiSn/Si structures with pseudomorphic monocrystalline SiSn layers with the Sn content from 10 to 25% are grown. The c(8×4) and (5×1) superstructures are identified during the growth of Si on the SiSn layer and the conditions are determined for the formation of the desired Si surface structure by controlling the growth temperature. From the diffraction reflection curves, the lattice parameter, the SiSn composition, and the period in the multilayer periodic structure are defined, which with high precision correspond to the specified values