Теоретический расчет и экспериментальная проверка уменьшения дислокаций в эпитаксиальных слоях германия с полуцилиндрическими пустотами на кремнии

Summary

Предложены теоретические расчеты и экспериментальная проверка для снижения плотности резьбовых дислокаций (ТД) в эпитаксиальных слоях германия с полуцилиндрическими пустотами на кремнии. Представлены расчеты, основанные на взаимодействии ТД и поверхности через силу изображения, измерениях ТД и наблюдениях ТД просвечивающим электронным микроскопом.

Abstract

Снижение плотности резьбовых дислокаций (TDD) в эпитаксиальном германии (Ge) на кремнии (Si) было одной из важнейших задач для реализации монолитно-интегрированных схем фотоники. В настоящей работе описаны методы теоретического расчета и экспериментальной проверки новой модели снижения TDD. Метод теоретического расчета описывает изгиб резьбовых дислокаций (ТД) на основе взаимодействия ТД и неплоских ростовых поверхностей селективного эпитаксиального роста (СЭГ) с точки зрения силы изображения дислокаций. Расчет показывает, что наличие пустот на масках SiO₂ помогает уменьшить TDD. Экспериментальная проверка описывается германием (Ge) SEG с использованием метода химического осаждения из паровой фазы в сверхвысоком вакууме и TD-наблюдений за выращенным Ge с помощью травления и поперечного просвечивающего электронного микроскопа (TEM). Настоятельно предполагается, что снижение TDD будет связано с наличием полуцилиндрических пустот над масками SiO₂ SEG и температурой роста. Для экспериментальной проверки в результате СЭГ слоев Ge и их коалесценции образуются эпитаксиальные слои Ge с полуцилиндрическими пустотами. Экспериментально полученные TDD воспроизводят рассчитанные TDD на основе теоретической модели. Наблюдения ПЭМ в поперечном сечении показывают, что как окончание, так и генерация ТД происходят в полуцилиндрических пустотах. Наблюдения ПЭМ в плане показывают уникальное поведение ТД в Ge с полуцилиндрическими пустотами (т.е. ТД изгибаются параллельно маскам SEG и подложке Si).

Introduction

Эпитаксиальный Ge на Si привлек значительный интерес в качестве активной платформы фотонных устройств, поскольку Ge может обнаруживать/излучать свет в диапазоне оптической связи (1,3-1,6 мкм) и совместим с методами обработки Si CMOS (комплементарный металл-оксидный полупроводник). Однако, поскольку несоответствие решетки между Ge и Si достигает 4,2%, в эпитаксиальных слоях Ge на Si при плотности ~10⁹/^см2 образуются нитевидные дислокации (TD). Характеристики фотонных устройств Ge ухудшаются TD, потому что TD работают как центры генерации несущих в фотодетекторах Ge (PD) и модуляторах (MOD), а также как центры рекомбинации несущих в лазерных диодах....

Protocol

1. Теоретическая методика расчета

1. Рассчитайте траектории ТД. При расчете предположим, что маски SEG достаточно тонкие, чтобы игнорировать влияние ART на снижение TDD.
   1. Определите поверхности роста и выразите их с помощью уравнений. Например, выразите временную эволюцию круглого поперечного сечения слоя SEG Ge с параметром эволюции времени n = i, высотами SEG Ge (h i) и радиусами SEG Ge (r_i), как показано в дополнительном видео 1a и уравнении (1):
      
   2. Определи....

Results

Теоретический расчет

На рисунке 3 показаны рассчитанные траектории TD в 6 типах слитых слоев Ge: здесь мы определяем коэффициент апертуры (APR)_{как окно W} / (_окно W +_маска W). На рисунке 3а показано происхождение SEG круглой формы, объединенное Ge APR = 0,8. Здесь 2/6 ТД оказались в ловушке. На рисунк.......

Discussion

В настоящей работе экспериментально были показаны TDD 4 x 10⁷/^см2 . Для дальнейшего снижения TDD в протоколе в основном есть 2 критических шага: подготовка маски SEG и эпитаксиальный рост Ge.

Наша модель, показанная на рисунке 4 , показывает, что TDD может быть уменьшен ниже 10⁷ / см² в объединенном Ge, когда APR,_окно W / (_окно W +_маска W) составляет всего 0,1. Для дальнейшего снижения TD.......

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
AFM	SII NanoTechnology	SPI-3800N
BHF DAIKIN		BHF-63U Проектирование
САПР	AUTODESK	AutoCAD 2013	Программное обеспечение
CH3COOH	Канто-Кагаку	Уксусная кислота	для электроники
	CVD Canon ANELVA	I-2100 SRE
Developer	ZEON	ZED
Проявитель промывки	ZEON	ZMD
EB writer	ADVANTEST	F5112+VD01
Печь	Koyo Thermo System	KTF-050N-PA
HF, 0,5 %	Kanto-Kagaku	0,5 % HF
HF, 50 %	Kanto-Kagaku	50 % HN
3, 61 %	Kanto-Kagaku	HNO3 1.38	для электроники
><><Йод		100 г
Фоторезист	ZEON	ZEP520A
Средство для удаления фоторезиста	Tokyo Ohka	Hakuri-104
Поверхностно-активное вещество	Tokyo Ohka	OAP
TEM	JEOL	JEM-2010HC