Напряженное состояние и дислокационная структура пленок GaAs, GaP и GeSi на кремнии

• Автор: Лошкарев, Иван Дмитриевич
• Шифр специальности: 01.04.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 135 с. : ил.

Основные использованные сокращения

ДН - дислокация несоответствия

ЛДН - Ломеровская дислокация несоответствия

ГР - граница раздела

ПД - пронизывающая дислокация

60°-ДН - шестидесятиградусная дислокация несоответствия

ДаНН - дальнодействующие нормальные напряжения

ДаСН - дальнодействующие сдвиговые напряжения

МЛЭ - молекулярно-лучевая эпитаксия

АСЭ - атомно-слоевая эпитаксия

ДБЭО - дифракции быстрых электронов на отражение
КДО - кривая дифракционного отражения
Основные использованные обозначения
а/ - параметр кристаллической решетки пленки ав — параметр кристаллической решетки подложки 1'- параметр несоответствия И - толщина пленки
Ас - критическая толщина пленки для введения ДН у - угол разориентации подложки Ь - вектор Бюргерса дислокации
Ье - краевая проекция вектора Бюргерса на границу раздела Ь5 - проекция вектора Бюргерса на дислокацию Ь, - проекция вектора Бюргерса на нормаль к границе раздела а - угол между вектором Бюргерса и линией дислокации - угол разворота кристаллических решеток пленки и подложки

§гх_ угол сдвига между взятым в подложке направлением, перпендикулярным ГР, и соответствующим (в рамках индексов Миллера) направлением в пленке
угол сдвига между взятым в подложке направлением, параллельным ГР, и соответствующим (в рамках индексов Миллера) направлением в пленке о,,, тч - компоненты тензора напряжений е - упругая деформация (сдвиговая или нормальная) р - степень релаксации
Л,— междислокационное расстояние г-го семейства ДН
Л- наибольшее из значений Л, всех введенных дислокационных семейств
XV - энергия дислокации единичной длины
Енб - упругая накопленная энергия гетеросистемы
Ер - упругая энергия пленки
- сила, действующая на пронизывающий участок дислокации Г/ - сила линейного натяжения дислокации И - модуль сдвига V-коэффициент Пуассона

Содержание
Введение
Глава 1. Пластическая релаксация напряжений несоответствия: методы ее исследования и анализ сопутствующих явлений
1.1. Введение дислокаций несоответствия в границы раздела полупроводниковых гетеросистем
1.1.1. Дислокация несоответствия и ее три составляющие части
1.1.2. Образование дислокаций несоответствия и их накапливание в границе раздела
1.1.3. Критическая толщина пленки при введении ДН в вицинальные границы раздела (001). Фундаментальная роль краевой составляющей ДН
1.1.4. Проявление винтовой дислокационной составляющей при снятии напряжений несоответствия
1.2. Гетеросистемы с вицинальными ступенчатыми границами раздела (001)
1.2.1. Системы ступеней на подложке 81(001) и образование антифазных доменов в эпитаксиальном слое А|ПВУ
1.2.2. Условия получения эпитаксиальных слоев ваАв и ОаР на 81 и их т-яНи контроль
1.2.3. Модель разворота кристаллической решетки пленки, предложенная Нагаи. Влияние дислокаций на поворот решетки пленки
1.3. Рентгеновские методы изучения структурного состояния эпитаксиальной пленки с вицинальной границей раздела
1.3.1. Рентгеновское излучение, рассеяние на кристаллической решетке
1.3.2. Дифрактометрия, кривая дифракционного отражения
1.3.3. Методика анализа триклинных искажений

определенного уровня ДаСН могут вызывать возникновение соответствующих релаксационных процессов. Согласно [27], при пластической релаксации ДаСН возможна замена уже введенных ДН на дислокации, у которых винтовая составляющая является противоположной.
Если два взаимно перпендикулярных семейства 60°-ДН, расположенных в границе раздела (001), имеют одинаковую плотность, то ДаСН этих семейств, либо взаимно компенсируются, либо удваиваются. Для того, чтобы в эпитаксиальной пленке не происходили нежелательные структурные изменения, необходимо, чтобы все ДаСН были взаимно компенсированы. Однако в цитированных работах [1, 2, 3, 44] не установлено, как происходит компенсация этих напряжений в случае неперпендикулярных дислокационных семейств. Этот вопрос изучен в главе 4 диссертации.
Важным вопросом, практически не отраженным в литературе, но проанализированным в диссертации (глава 4), является изучение зависимости предельной накопленной энергии гетеросистемы от сочетаний дислокационных семейств, участвующих в процессе релаксации. Под предельной понимается энергия, которая имеет место, во-первых, при максимальной плотности ДН и, во-вторых, при такой толщине эпитаксиальной пленки Ь, когда энергия перестает зависеть от И. Накапливание энергии гетеросистемы в литературе [3, 12, 27, 28, 48, 49] изучено только для варианта взаимно перпендикулярных семейств. В диссертации этот вопрос исследован значительно шире.
Также в круг задач настоящей диссертации входит вопрос, всегда ли образование Г-образных ДН сопровождается возникновением ДаСН. В [44] в качестве оптимального варианта введения ДН, обеспечивающего минимальную плотность пронизывающих дислокаций, предлагается применение периодически распределенных модифицированных источников Франка-Рида, при работе которых вся площадь границы раздела заполняется системой Г-образных ДН с идентичным вектором Бюргерса. Однако, как показано в [2, 3, 27], такое рассмотрение является не корректным, поскольку не учитывает влияния винтовой дислокационной составляющей на напряженное состояние гетеросистемы. Тот факт, что плотность неподвижных пронизывающих дислокаций минимальна, если в границу (001)