Исследование эффекта перемешивания и релаксации напряжений в структурах Ge/Si с массивами низкотемпературных квантовых точек / Сторожевых М.С., Арапкина Л.В., Новиков С.М., Уваров О.В., Юрьев В.А.

Abstract

Гетероструктуры Ge/Si с плотными массивами эпитаксиальных квантовых точек (КТ) Ge были исследованы методами комбинационного рассеяния света (КРС) и просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения (ПЭМ ВР). Предметом исследования является механизм релаксации напряжений в структурах Ge/Si с КТ, выращенными методом МЛЭ при температурах ~ 360ºС, а также влияние параметров роста КТ (толщина напыляемого слоя Ge и количество слоев) и разделительных слоев Si (толщина и температура роста) на состав квантовых точек и прилегающих к ним слоев Si. ПЭМ-изображения структур с КТ были проанализированы с использованием метода “peak pairs” [1]. Над слоем КТ наблюдается область шириной 2–5 моноатомных слоев с параметром решетки, большим чем у ненапряженного Si в направлении роста [001] и соответствующим ненапряженному Si в направлении [110]. Так как у кристаллической решетки Si нет причин испытывать деформацию растяжения в направлении [001], мы предполагаем, что наблюдаемая область имеет смешанный состав SixGe1–x и при этом сжата в направлении [110]. На спектрах КРС обнаружено значительное уширение пика [2] в области 301–302 см-1, соответствующего совпадающим по частоте линиям Si и Ge, в структурах с температурой роста разделительных слоев Si 530ºС, по сравнению с чистым Si и Ge. Это уширение связано со смещением линии Ge в сторону большего волнового числа, которое вызвано напряжением сжатия в слоях КТ ввиду большего параметра решетки Ge. В структурах с температурой роста разделительных слоев Si 360ºС наблюдается 2 четких пика в области 302 см-1 и 313 см-1, что связано с большим смещением линии Ge и говорит о более напряженном Ge в слоях КТ. При этом, линия Si-Ge в области 420 см-1 сильнее выражена в структурах с большей температурой роста разделительных слоев Si. Это говорит о большей степени перемешивания Si и Ge в этих структурах, а меньшее смещение линии Ge подтверждает предположение о релаксации напряжений в области смешанного состава. Таким образом, напряжения, возникающие при гетеропереходе Ge–Si, в значительной степени релаксируют за счёт сжатия области смешанного состава в направлении [110]. В отсутствие этой области в структурах с низкой температурой роста разделительных слоев Si слои КТ более напряженные.