Verlag des Forschungszentrums Jülich

JUEL-3890
Grimm, Karsten
Supercritical Si1-xGex Alloy Layers für Optoelectronic Applications grown by Atmospheric Pressure Chemical Vapor Deposition
II, 145 S., 2001

In dieser Arbeit wurde das Wachstum von Si1-xGex Schichten mittels APCVD bei niedrigen Temperaturen untersucht. Bei den verwendeten Wachstumstemperaturen (500°C) sind sowohl plastische als auch elastische Relaxationsmechanismen gehemmt. Elastische Relaxation wird dabei durch Passivation der Oberfläche durch Wasserstoff und Chlor unterdrückt. Auf der an- deren Seite sorgen Aktivierungsbarrieren bei der Entstehung von Fehlanpassungsversetzungen dafür, daß plastische Relaxation erst bei Schichtdicken auftritt, die die kritische Schichtdicke nach Matthews-Blakeslee um mehr als eine Größenordnung übertreffen. Die ermittelte kri- tische Schichtdicke für Si0.6Ge0.4 lag bei 600Ä. Weiterhin wurde das Relaxationsverhalten der so erzeugten überkritischen Schichten in anschließenden Anneal-Experimenten untersucht. Die gewonnenen Erkenntnisse erlaubten die Herstellung von versetzungsfreien SiGe Inselschichten, die sich durch eine hohe Inseldichte sowie eine schmale InseIgrößenverteilung auszeichnen. Diese Eigenschaften spiegeln sich bei Photolumineszenzmessungen in Emissionslinien hoher Intensität und geringer Linienbreite wider. Schließlich wurden LED Strukturen mittels Standard-CMOS- Technologie hergestellt, die diese Inselschichten als aktiven Rekombinationsbereich besaßen. Die in den Photolumineszenzmessungen gewonnenen Ergebnisse konnten dabei in Elektrolumi- neszenzmessungen reproduziert werden, und die gemessene externe Quanteneffizienz im technol- ogisch wichtigen Infrarotbereich um 1.33[my]m lag bei next = 6 X 10-3.

In this work the growth of low temperature Si1-xGex under APCVD conditions has been investigated. At the low growth temperatures applied (500°C), both elastic and plastic relax- ation mechanisms were found to be strongly diminished. Elastic relaxation plays no role, since hydrogen and chlorine act as effective surfactants in this temperature regime significantly re- ducing the surface mobilities of the deposited species. Plastic relaxation in turn occurs only at layer thicknesses exceeding the Matthews-Blakeslee critical thickness by more than one order of magnitude, due to high activation barriers during the formation process of misfit dislocations. The critical thickness for Si0.6GeO.4 was determined to be 600A. The relaxation mechanisms of these supercriticallayers were studied in post-growth anneal experiments. Here a high control of the relaxation mechanism could be achieved facilitating the creation of coherently strained SiGe islands with high island densities and a uniform island size distribution. PL studies of these island layers show high emission intensities due to the high island density and small emission line width corresponding to the narrow island size distribution. The applicability of the layers in devices is studied in the formation of PIN LEDs using the optimized islands as active emission region. The LEDs have been designed and processed using standard CMOS technology and the obtained external quantum efficiency for emission in the technological important wavelength region around 1.33µm was next = 6 x 10-3.

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Letzte Änderung: 07.06.2022