Использование Sn в качестве катализатора роста бездислокационных наноструктур SiSn

Abstract

Интерес к классу материалов Si-Ge-Sn значительно возрос в последние годы в связи с возможностью реализации прямозонного материала и монолитной интеграции электронных и фотонных устройств на едином кремниевом кристалле [1, 2]. Большинство исследований направлены на создание структур на основе GeSn и GeSiSn. Тем не менее, SiSn также является важным материалом для кремниевой фотоники. Наши исследования были посвящены изучению влияния Sn на образование твердого раствора SiSn на подложке Si(100) методом молекулярно-лучевой эпитаксии. Вначале на поверхности Si формировалась пленка Sn различной толщины, а затем отжигалась для создания массива островков Sn, которые использовались в качестве катализаторов роста островков SiSn с кремниевыми пьедесталами. Основным методом контроля морфологии и структуры поверхности была дифракция быстрых электронов. Морфологию пленки, включая островки Sn и островки SiSn с пьедесталами, анализировали с помощью сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) и сканирующей туннельной микроскопии. Элементный состав исследовали методами энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии, встроенной в систему СЭМ, и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (РФС). Оптические свойства образцов изучали методом спектроскопии фотолюминесценции (ФЛ). Массив островков SiSn с кремниевым пьедесталом на подложке Si(100) получен методом молекулярно-лучевой эпитаксии по механизму пар-жидкость-кристалл (ПЖК) [3]. Образование твердого раствора SiSn в островках было подтверждено методами энергодисперсионной рентгеновской спектроскопии и РФС. Уникальность этих структур заключается в отсутствии каких-либо дислокаций и дефектов. Кроме того, они продемонстрировали интенсивную фотолюминесценцию в ближней инфракрасной (ИК) области 1,3-1,7 мкм (рисунок). Эти структуры показывают фотолюминесценцию, которая больше, чем сигнал фотолюминесценции от многослойных периодических структур (кривая 2 на рисунке), включая псевдоморфные слои SiSn и полученные нами ранее.