Полная версия

Главная arrow Математика, химия, физика arrow ДИФРАКЦИОННЫЙ СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Рентгеновская дифрактометрия многослойных гетероструктур

Многослойные гетероструктуры или гетеросистемы (МГС) преимущественно создаются методом молекулярнолучевой эпитаксии [28], состоящем из одновременного испарения в вакууме (давление остаточных газов ниже 1(Г10 Topp) нескольких материалов и осаждения их атомов из атомных или молекулярных пучков на нагретую монокристаллическую подложку. Начало и прекращение процесса роста слоя управляются по времени открыванием и закрыванием заслонок испарителей. Интенсивность потоков основных и легирующих атомов может меняться в широких пределах путем изменения температуры испарителей. Исходными материалами для создания МГС являются кремний, германий и соединения А3В5. Эффективная работа приборов и устройств на основе МГС связана с их совершенством, зависящим от технологических параметров роста. Поэтому, необходимо проводить количественный контроль за их структурными параметрами и дефектами как в активной области, так и в области гетероперехода.

В последние два десятилетия большой интерес вызывают высокоразрешающие рентгенодифракционные исследования полупроводниковых гетероэпитаксиальных слоев и структур на их основе. Особый упор был сделан на исследования напряженных квантоворазмерных структур: полупроводниковых сверхрешеток, квантовых ям (проволок, точек) с толщинами слоев в единицы нанометров, поскольку они обнаруживают необычные электронные и оптические свойства (например, [29]). Приборы для автоматизированной структурной характеризации в настоящее время серийно выпускаются фирмами Philips, Bede, Siemens, а методика записи кривых дифракционного отражения с использованием различных схем регистрации становится обычным делом при исследовании. Существует несколько причин для успешного применения метода высокоразрешающей рентгеновской диф- рактометрии:

  • - во-первых, кристаллическое совершенство многих полупроводниковых низкоразмерных гетеросистем достаточно высоко, поэтому рентгеновская дифракция может быть точно описана как процесс, связанный со структурными параметрами слоев. Характерной чертой таких структур является отсутствие релаксаций напряжений вдоль поверхности образцов.
  • - Во-вторых, однородность структур по составу вдоль поверхности образцов достаточно высока, поэтому усреднения не приводят к потере деталей интерференционной картины.
  • - В-третьих, появление мощной персональной вычислительной техники и разработка соответствующих программ расчетов позволяет не только смоделировать профили деформации и аморфизации, но и произвести подгонку теоретических кривых к результатам эксперимента.

Уже в ранних работах по рентгенодифракционному исследованию полупроводниковых гетероструктур было показано, что средние величины деформаций и напряжений в кристаллических гетерослоях, их состав и толщина находятся непосредственно из кривой дифракционного отражения. При наличии только одного слоя определяемые значения структурных параметров соответствуют параметрам этого слоя. Проще всего связь параметров слоя с особенностями кривой дифракционного отражения (КДО) может быть показана с использованием кинематического приближения [30].

Рассмотрим модель рассеяния плоской волны от тонкого эпитаксиального слоя на поверхности монокристаллической подложки, у которого рассеивающая способность меняется с глубиной как /(z). Если рассеяние слабое, то поглощением можно пренебречь. Тогда амплитуда отраженной волны ?(0 - 0«) будет равна:

где а = 27rcos0A. - геометрический коэффициент, связывающий фазу падающей и отраженной волн на глубине z. Таким образом, амплитуда рассеяния (11.16) являяется Фурье-обра- зом распределения по глубине фактора рассеяния J[z).

Если в эпитаксиальном слое существуют N кристаллических плоскостей с равными структурными амплитудами рассеяния F, расположенные на расстоянии d0, то суммарная структурная амплитуда будет равна

. В случае изменения в слое

межплоскостного расстояния на d0 + Ad меняется и угол Брэгга на 0Й + Д0В. Из (11.16) следует [31], что максимум отражения от эпитаксиального слоя будет смещен относительно пика от подложки на величину:

Здесь A0A - расстояние между дифракционными максимумами от слоя и подложки. Максимум от подложки обычно присутствует на кривых КДО и величина Д0д при использовании асимметричных монохроматоров или многолучевых схем может быть измерено с точностью до 10"5-10 6.

Двухкристальные кривые отражения от слоя А1Аь толщиной 390 нм на поверхности ОаА5(001), полученные от 004 отражения (а) и 422 отражения при у

Рис. 11.9. Двухкристальные кривые отражения от слоя А1Аь толщиной 390 нм на поверхности ОаА5(001), полученные от 004 отражения (а) и 422 отражения при у0< 7ь (б) , СиКа;. Точки - эксперимент, сплошные линии - теория [32].

Особенности КДО от тонкого эпитаксиального слоя твердого раствора позволяют определить такие его параметры как состав, толщину и рассеивающую способность.

На рис. 11.9 показаны экспериментальные (точки) КДО от слоя А1Аз толщиной 390 нм, выращенного на подложке ваЛь (001). Модельные кривые рассчитывались в полукине- матическом приближении и показаны сплошными линиями. Видно, что расчетная кривая хорошо описывает экспериментальные данные. На основе описанного подхода с учетом особенностей динамической дифракции были проведены обработки экспериментальных кривых от самых разнообразных по составу и характеру изменения по глубине многослойных гетероструктур [32].

 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>