А.И. Никифоров, В.А. Тимофеев, С.А. Тийс, О.П. Пчеляков

Важнейшей физической характеристикой, определяющей электронные и оптические процессы в Ge/Si гетеросистемах с квантовыми точками, является спектрэнергетических состояний носителей заряда. Наличие Ge_xSi_1-x слоев твердого раствора дает возможность модернизировать систему Ge/Si(100) с целью улучшения приборных параметров, например, увеличение квантовой эффективности.

Анализ изменения морфологии поверхности твердого раствора Ge_xSi_1-x проводился методом дифракции быстрых электронов на отражение, являющийся основным методом контроля in situ при молекулярно-лучевой эпитаксии. Путем анализа изменений интенсивности и формы рефлексов картин ДБЭ, в процессе роста пленки твёрдого раствора, фиксировались морфологические переходы в слое: от двумерного к трехмерному росту (2D-3D). Исследование роста тонких пленок Ge_xSi_1-x осуществлялось в достаточно широком диапазоне изменения x (процентное

Рис. Зависимость критической толщины 2D-3D перехода при температуре роста Tп=500°C слоя GexSi1-x от содержания Ge (x).

содержание Ge) при толщинах 2D-3D перехода заведомо меньших толщин, соответ ствую щи х пласти че ской релаксации и ввода дислокаций несоответствия.

По результатам анализа построена экспериментальная зависимость критической толщины 2D-3D перехода для слоя Ge_xSi_1-x (рис.) при T_п=500°С (температура подложки). В литературе представлены экспериментальные данные для критических толщин 2D-3D перехода при температуре роста 700°С. Зависимость критической толщины морфологического 2D-3D перехода от содержания Ge в слое Ge_xSi_1-x имеет нелинейную зависимость с выходом на насыщение при приближении к 100% Ge. Наблюдаемая нелинейность, уменьшающаяся в сторону больших x, объясняется нарастанием энергии упругих напряжений в слое твердого раствора.

Островки Ge, растущие на поверхности двумерного сплошного слоя Ge_xSi_1-x, имеют пирамидальную форму. Методом СТМ микроскопии проведен анализ изменения морфологии поверхности для системы Ge/Ge_xSi_1-x/Si с разным процентным содержанием Ge в слое твердого раствора. Наблюдается уменьшение размеров островков и увеличение их плотности с ростом содержания Ge в слое твердого раствора. Такое поведение может объясняться растущей шероховатостью поверхности с увеличением содержания Ge в слое твердого раствора.

Таким образом, полученная зависимость 2D-3D перехода позволит получать бездислокационные двумерные слои Ge_xSi_1-x, использующиеся при росте многослойных периодических Ge/Si структур, в том числе с квантовыми точками.