Method Article

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

DOI:

10.3791/58897

⸱

July 17th, 2020

 ,  ,  , 
1Department of Materials Engineering, The University of Tokyo, 2Department of Electrical and Electronic Information Engineering, Toyohashi University of Technology, 3Department of Materials Science and Engineering, Massachusetts Institute of Technology

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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 (LD). В свою очередь, они увеличат обратный ток утечки (J leak) в PD и MODs 1,2,3 и пороговый ток (Jth) в LD 4,5,6.

Сообщалось о различных попытках уменьшить плотность TD (TDD) в Ge на Si (дополнительный рисунок 1). Термический отжиг стимулирует движение TD, что приводит к уменьшению TDD, обычно до 2 x 107/см2. Недостатком является возможное смешивание Si и Ge и диффузия легирующих примесей в Ge, таких как фосфор 7,8,9 (дополнительный рисунок 1a). Градуированный буферный слойSiGe 10,11,12 увеличивает критическую толщину и подавляет образование TD, что приводит к снижению TDD, обычно до 2 x 10 6/см2. Недостатком здесь является то, что толстый буфер снижает эффективность световой связи между устройствами Ge и волноводами Si под ними (дополнительный рисунок 1b). Улавливание соотношения сторон (ART)13,14,15 представляет собой метод селективного эпитаксиального роста (SEG) и снижает TD за счет улавливания TD на боковых стенках толстых траншей SiO2, обычно до <1 x 10 6/см2. В методе АРТ используется толстая маска SiO 2 для снижения TDD в Ge по сравнению с масками SiO2, которая расположена намного выше Si и имеет тот же недостаток (дополнительный рисунок 1b, 1c). Рост Ge на семенах Si pillar и отжиг 16,17,18 аналогичны методу ART, что позволяет улавливать TD за счет роста Ge с высоким соотношением сторон до <1 x 10 5/см2. Однако высокотемпературный отжиг для коалесценции Ge имеет те же недостатки, что и на дополнительном рисунке 1a-c (дополнительный рисунок 1d).

Для достижения эпитаксиального роста Ge с низким TDD на Si, который свободен от недостатков вышеупомянутых методов, мы предложили индуцированное коалесценцией снижение TDD19,20 на основе следующих двух ключевых наблюдений, о которых сообщалось до сих пор в SEG Geрост 7,15,21,22,23 : 1) TD изогнуты, чтобы быть нормальными к поверхностям роста (наблюдаемые с помощью просвечивающего электронного микроскопа поперечного сечения (TEM)), и 2) слияние слоев SEG Ge приводит к образованию полуцилиндрических пустот над масками SiO2.

Мы предположили, что TD изгибаются из-за силы изображения с поверхности роста. В случае Ge on Si сила изображения генерирует напряжения сдвига 1,38 ГПа и 1,86 ГПа для винтовых дислокаций и краевых дислокаций на расстояниях 1 нм от свободных поверхностей соответственно19. Рассчитанные напряжения сдвига значительно больше, чем напряжение Пайерлса, равное 0,5 ГПа, зарегистрированное для дислокаций под углом 60° в Ge24. Расчет предсказывает снижение TDD в слоях Ge SEG на количественной основе и хорошо согласуется с ростом SEGGe 19. Наблюдения ПЭМ за ТД проводятся для понимания поведения ТД в представленном росте SEG Ge на Si20. Уменьшение TDD, вызванное силой изображения, не требует термического отжига или толстых буферных слоев и, таким образом, больше подходит для применения в фотонных устройствах.

В этой статье мы описываем конкретные методы теоретического расчета и экспериментальной проверки, используемые в предложенном методе снижения TDD.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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 (ri), как показано в дополнительном видео 1a и уравнении (1):
      figure-protocol-1
    2. Определите нормальные направления для произвольного расположения на поверхностях роста. Для круглого поперечного сечения SEG Ge опишите нормальную линию в точке (x i , yi) как figure-protocol-2показано в дополнительном видео 1b в виде красной линии. Затем получите ребро TD (x i + 1 , y i + 1) из точки (x i , y i), решив следующие одновременные уравнения:
      figure-protocol-3
    3. Рассчитайте траекторию одного ТД в зависимости от места генерации ТД (х 0, 0), как показано в Дополнительном видео 1с. Другими словами, траектория для произвольного ТД может быть рассчитана методом, описанным выше.
    4. Рассчитайте TDD, предполагая, что TD проникают на нижнюю поверхность и способствуют уменьшению TDD (т. е. TD ниже точки, где сливаются слои SEG Ge, захватываются полуцилиндрическими пустотами и никогда не появляются на верхней поверхности).

2. Процедура экспериментальной проверки

  1. Подготовка маски SEG
    1. Перед изготовлением масок SEG определите области роста Ge, подготовив файл дизайна. В настоящей работе подготовьте линейные и пространственные узоры, выровненные по направлению [110], и квадратные области окна Si шириной 4 мм с использованием коммерческого программного обеспечения (например, AutoCAD).
    2. Определите дизайн масок SEG (в частности,окна Wи маски W) с помощью программного обеспечения. Окно W — ширина окна (ширина начального экрана Si), амаска W — ширина маски SiO2 , так что слои SEG Ge могут сливаться с соседними. Определитеокно W имаску W, нарисовав прямоугольники, щелкнув значок «Открыть файл» → структуру → прямоугольник или полилинию.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Ширина прямоугольников становитсяокном W, а интервал прямоугольников становитсямаской W. В настоящей работе минимальные значенияокна W имаски W составляют 0,5 мкм и 0,3 мкм соответственно, которые ограничены разрешением в используемой системе литографии EB.
    3. В качестве ориентира нарисуйте квадратные области окна Si шириной 4 мм D, рассматриваемые как области одеяла. Нажмите кнопку «Открыть файл → структуре» → прямоугольнике или ломаной линии , чтобы нарисовать квадратное окно Si. Используйте схемы, показанные на рисунке 1 , чтобы подготовить шаблоны линий и пространств и квадратную площадь одеяла 4 мм.
    4. Подготовьте B-легированные p-Si (001) подложки с удельным сопротивлением 1-100 Ω∙см. В настоящей работе используйте 4-дюймовые кремниевые подложки. При необходимости очистите поверхности основания раствором Piranha (смесь 20 мл 30% H 2 O 2 и 80 мл 96% H2SO4).
    5. Откройте крышку трубчатой печи и загрузите кремниевую подложку в печь с помощью стеклянного стержня. В настоящей работе окисляют 10 кремниевых субстратов за один раз.
    6. Начните выдувать сухой газ N2 в печь, открыв газовый вентиль. Затем установите расход газа на 0.5 л/м, управляя клапаном.
    7. Установите температуру отжига, изменив программу. В настоящей работе используйте «шаг шаблона (режим 2)» и установите температуру процесса на 900 °C. Затем запустите программу, нажав функцию → запустить.
    8. Когда температура достигнет 900 °C, закройте сухой клапан N 2, откройте сухой клапан O 2 (расход O 2 = 1 л / м) и держите в течение2 часов.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Выполните шаги 2.1.9-2.1.16 в желтой комнате.
    9. Покройте окисленные кремниевые подложки поверхностно-активным веществом (OAP) с помощью отжимной машины для нанесения покрытия, а затем выпекайте при 110 °C в течение 90 с на конфорке.
    10. После нанесения покрытия поверхностно-активным веществом покройте кремниевые подложки фоторезистом (например, ZEP520A) с помощью машины для отжима, а затем выпекайте при 180 °C в течение 5 минут на конфорке.
    11. Загрузите кремниевые подложки поверхностно-активным веществом и фоторезистом в электронно-лучевой (EB) пишущий.
    12. Прочтите файл проекта (подготовленный на шаге 2.1.2) в модуле записи EB и создайте файл операции (файл WEC). Установите величину дозы 120 мкКл/см2 в файле WEC. Когда загрузка подложки закончится, выполните экспонирование EB, нажав кнопку одиночной экспозиции .
    13. Выгрузите подложку из модуля записи EB, щелкнув переноску пластины, → выгрузите по окончании экспозиции.
    14. Подготовьте проявитель фоторезиста (ZED) и ополаскиватель для проявителя (ZMD) в вытяжной камере. Опустите открытые кремниевые подложки в проявитель на 60 с при комнатной температуре.
    15. Удалите кремниевую подложку с проявителя, а затем высушите подложку газом N2 .
    16. Положите проявленные кремниевые подложки на конфорку для запекания при 110 ° C в течение 90 с.
    17. Окуните кремниевые субстраты в буферную плавиковую кислоту (BHF-63SE) на 1 мин, чтобы удалить часть слоев SiO2 , подвергшихся воздействию воздуха в результате воздействия и развития ЭБ.
    18. Удалите фоторезист с кремниевых подложек, погрузив его в органическое средство для удаления фоторезиста (например, Hakuri-104) на 15 минут.
    19. Окуните кремниевые субстраты в 0,5% разбавленную плавиковую кислоту на 4 мин, чтобы удалить тонкий нативный оксид в областях окна, но сохранить маски SiO2 . Затем загрузите в камеру сверхвысоковакуумного химического осаждения из паровой фазы (UHV-CVD) для выращивания Ge. На рисунке 2 показана система UHV-CVD, используемая в настоящей работе.
  2. Эпитаксиальный рост Ge
    1. Загрузите кремниевую подложку с масками SEG (изготовленными, как показано на шаге 2.1) в камеру загрузочного шлюза.
    2. Установите температуру буфера/основного роста на вкладке «Рецепт », отображаемой на рабочем компьютере. Определите продолжительность основного роста Ge так, чтобы слои SEG Ge сливались с соседними. Чтобы определить длительности основного роста, рассмотрим скорость роста Ge на плоскостях {113}, которая определяет рост в плоскостном/боковом направлении26. В настоящей работе установите длительности для основного роста как 270 мин и 150 мин для 650 ° C и 700 ° C соответственно.
    3. Нажмите кнопку «Пуск » в главном окне, после чего кремниевый субстрат автоматически переносится в камеру роста.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Протокол эпитаксиального роста Ge (этапы 2.2.4-2.2.7) обрабатывается автоматически.
    4. Выращивайте буфер Ge на загруженной подложке Si при низкой температуре (≈380 °C). Используйте GeH 4, разбавленный до 9% в Ar, в качестве исходного газа и поддерживайте парциальное давление GeH4 в течение 0,5 Па во время роста буфера.
    5. Выращивают Ge основным слоем при повышенной температуре. Поддерживайте парциальное давление GeH4 в течение 0,8 Па во время основного роста. В настоящей работе используйте две различные температуры 650 и 700 °C для основной температуры роста, чтобы сравнить SEG Ge с поперечным сечением круглой формы и с {113}-гранным поперечным сечением25.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Скорость роста Ge на плоскости (001) составляла 11,7 нм/мин независимо от температуры.
    6. Чтобы визуализировать эволюцию SEG Ge и их коалесценцию, выполните рост Ge с периодической вставкой демаркационных слоев Si0,3 Ge 0,7толщиной 10 нм на другую подложку Si. Слои Si0,3 Ge 0,7были сформированы с использованием газов Si2H6 и GeH4. Во время роста слоя Si 0,3 Ge 0,7 установите парциальное давление газа Si2H6 на уровне 0,02 Па и парциальное давление газа GeH4 на уровне0,8Па.
    7. Поскольку кремниевая подложка автоматически переносится из камеры выращивания в камеру загрузочного шлюза, вентиляция камеры загрузочного шлюза и выгрузка кремниевой подложки вручную.
  3. Измерение плотности травильной ямы (EPD)
    1. Растворите 32 мг I2 в 67 мл CH3COOH с помощью ультразвуковой очистительной машины.
    2. Смешайте I2-растворенный CH 3COOH, 20 мл HNO3 и 10 мл HF.
    3. Опустите выращенные Ge-Si субстраты в раствор CH 3COOH/HNO3/HF/I2 на 5-7 с, чтобы образовались травленые ямки.
    4. Наблюдайте за травлеными поверхностями Ge с помощью оптического микроскопа (обычно 100-кратного), чтобы убедиться, что травленые ямки успешно сформированы.
    5. Используйте атомно-силовой микроскоп (АСМ) для подсчета травленых ямок. Поместите травленый образец Ge на столик AFM, а затем подойдите к зонду, щелкнув автоматический подход.
    6. Определите область наблюдения с помощью оптического микроскопа, интегрированного с АСМ, и просканируйте пять различных областей размером 10 мкм x 10 мкм. Коэффициент демпфирования амплитуды определяется автоматически.
  4. Наблюдения ТЕА
    1. Отбор образцов ПЭМ из коалесцированных/слоистых слоев Ge с помощью сфокусированного пучка ионов Ge (метод микроотбора проб FIB)27.
    2. Отполируйте образцы ПЭМ в системе ионного измельчения с использованием ионов Ar. В настоящей работе образцы ПЭМ для наблюдений поперечного сечения должны составлять 150-500 нм в направлении [110], а для наблюдений в плане - 200 нм в направлении [001].
    3. Для образцов ПЭМ в плане защищают верхние поверхности слоев Ge аморфными слоями, а затем утончают нижнюю (подложку) сторону слоев Ge.
    4. Выполнение наблюдений ПЭМ при напряжении ускорения 200 кВ. Выполнение наблюдений ПЭМ (STEM) при сканировании в светлом поле в поперечном сечении для наблюдения толстых (500 нм) образцов ПЭМ.
    5. Для коалесцированного Ge с демаркационными слоями Si0,3 Ge 0,7выполните наблюдения STEM поперечного сечения под большим углом кольцевого темного поля (HAADF) при напряжении ускорения 200 кВ.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

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...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Авторам раскрывать нечего.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Эта работа была поддержана Японским обществом содействия науке (JSPS) KAKENHI (17J10044) от Министерства образования, культуры, спорта, науки и технологий (MEXT), Япония. Производственные процессы были поддержаны «Нанотехнологической платформой» (проект No 12024046), MEXT, Япония. Авторы хотели бы поблагодарить г-на К. Ямаситу и г-жу С. Хирату, Токийский университет, за их помощь в проведении наблюдений ТЕА.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
AFMSII NanoTechnologySPI-3800N
BHF DAIKINBHF-63U Проектирование
САПРAUTODESKAutoCAD 2013Программное обеспечение
CH3COOHКанто-КагакуУксусная кислотадля электроники
CVD Canon ANELVAI-2100 SRE
DeveloperZEONZED
Проявитель промывкиZEONZMD
EB writerADVANTESTF5112+VD01
ПечьKoyo Thermo SystemKTF-050N-PA
HF, 0,5 %Kanto-Kagaku0,5 % HF
HF, 50 %Kanto-Kagaku50 % HN
3, 61 %Kanto-KagakuHNO3 1.38для электроники
><><Йод100 г
ФоторезистZEONZEP520A
Средство для удаления фоторезистаTokyo OhkaHakuri-104
Поверхностно-активное веществоTokyo OhkaOAP
TEMJEOLJEM-2010HC

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Giovane, L. M., Luan, H. C., Agarwal, A. M., Kimerling, L. C. Correlation between leakage current density and threading dislocation density in SiGe p-i-n diodes grown on relaxed graded buffer layers. Applied Physics Letters. 78 (4), 541-543 (2001).
  2. Wang, J., Lee, S. Ge-photodetectors for Si-based optoelectronic integration. Sensors. 11, 696-718 (2011).
  3. Ishikawa, Y., Saito, S. Ge-on-Si photonic devices for photonic-electronic integration on a Si platform. IEICE Electronics Express. 11 (24), 1-17 (2014).
  4. Cai, Y. Materials science and design for germanium monolithic light source on silicon, Ph.D. dissertation. , Dept. Mater. Sci. Eng., Massachusetts Inst. Technol. Cambridge, MA, USA. (2009).
  5. Wada, K., Kimerling, L. C. Photonics and Electronics with Germanium. , Wiley. Hoboken, NJ, USA. 294(2015).
  6. Higashitarumizu, N., Ishikawa, Y. Enhanced direct-gap light emission from Si-capped n+-Ge epitaxial layers on Si after post-growth rapid cyclic annealing: Impact of non-radiative interface recombination toward Ge/Si double heterostructure lasers. Optics Express. 25 (18), 21286-21300 (2017).
  7. Luan, H. C., et al. High-quality Ge epilayers on Si with low threading-dislocation densities. Applied Physics. Letters. 75 (19), 2909-2911 (1999).
  8. Nayfeha, A., Chui, C. O., Saraswat, K. C. Effects of hydrogen annealing on heteroepitaxial-Ge layers on Si: Surface roughness and electrical quality. Applied Physics Letters. 85 (14), 2815-2817 (2004).
  9. Choi, D., Ge, Y., Harris, J. S., Cagnon, J., Stemmer, S. Low surface roughness and threading dislocation density Ge growth on Si (001). Journal of Crystal Growth. 310 (18), 4273-4279 (2008).
  10. Currie, M. T., Samavedam, S. B., Langdo, T. A., Leitz, C. W., Fitzgerald, E. A. Controlling threading dislocation densities in Ge on Si using graded SiGe layers and chemical-mechanical polishing. Applied Physics Letters. 72 (14), 1718-1720 (1998).
  11. Liu, J. L., Tong, S., Luo, Y. H., Wan, J., Wang, K. L. High-quality Ge films on Si substrates using Sb surfactant-mediated graded SiGe buffers. Applied Physics Letters. 79 (21), 3431-3433 (2001).
  12. Yoon, T. S., Liu, J., Noori, A. M., Goorsky, M. S., Xie, Y. H. Surface roughness and dislocation distribution in compositionally graded relaxed SiGe buffer layer with inserted-strained Si layers. Applied Physics Letters. 87 (1), 012014(2005).
  13. Langdo, T. A., Leitz, C. W., Currie, M. T., Fitzgerald, E. A., Lochtefeld, A., Antoniadis, D. A. High quality Ge on Si by epitaxial necking. Applied Physics Letters. 76 (25), 3700-3702 (2000).
  14. Park, J. S., Bai, J., Curtin, M., Adekore, B., Carroll, M., Lochtefeld, A. Defect reduction of selective Ge epitaxy in trenches on Si(001) substrates using aspect ratio trapping. Applied Physics Letters. 90 (5), 052113(2007).
  15. Fiorenza, J. G., et al. Aspect ratio trapping: A unique technology for integrating Ge and III-Vs with silicon CMOS. ECS Transactions. 33 (6), 963-976 (2010).
  16. Salvalaglio, M., et al. Engineered Coalescence by Annealing 3D Ge Microstructures into High-Quality Suspended Layers on Si. Applied Materials & Interfaces. 7 (34), 19219-19225 (2015).
  17. Bergamaschini, R., et al. Self-aligned Ge and SiGe three-dimensional epitaxy on dense Si pillar arrays. Surface Science Reports. 68 (3), 390-417 (2013).
  18. Isa, F., et al. Highly Mismatched, Dislocation-Free SiGe/Si Heterostructures. Advanced Materials. 28 (5), 884-888 (2016).
  19. Yako, M., Ishikawa, Y., Wada, K. Coalescence induced dislocation reduction in selectively grown lattice-mismatched heteroepitaxy: Theoretical prediction and experimental verification. Journal of Applied Physics. 123 (18), 185304(2018).
  20. Yako, M., Ishikawa, Y., Abe, E., Wada, K. Defects and Their Reduction in Ge Selective Epitaxy and Coalescence Layer on Si With Semicylindrical Voids on SiO2 Masks. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 24 (6), 8201007(2018).
  21. Park, J. S., Bai, J., Curtin, M., Carroll, M., Lochtefeld, A. Facet formation and lateral overgrowth of selective Ge epitaxy on SiO2-patterned Si(001) substrates. Journal of Vacuum Science & Technology B. 26 (1), 117-121 (2008).
  22. Bai, J., et al. Study of the defect elimination mechanisms in aspect ratio t.rapping Ge growth. Applied Physics Letters. 90 (10), 101902(2007).
  23. Montalenti, F., et al. Dislocation-Free SiGe/Si Heterostructures. Crystals. 8 (6), 257(2018).
  24. Zhang, H. L. Calculation of shuffle 60° dislocation width and Peierls barrier and stress for semiconductors silicon and germanium. European Physical Journal B. 81 (2), 179-183 (2011).
  25. Kim, M., Olubuyide, O. O., Yoon, J. U., Hoyt, J. L. Selective Epitaxial Growth of Ge-on-Si for Photodiode Applications. ECS Transactions. 16 (10), 837-847 (2008).
  26. Yako, M., Kawai, N. J., Mizuno, Y., Wada, K. The kinetics of Ge lateral overgrowth on SiO2. Proceedings of MRS Fall Meeting. , (2015).
  27. Kamino, T., Yaguchi, T., Hashimoto, T., Ohnishi, T., Umemura, K. A FIB Micro-Sampling Technique and a Site Specific TEM Specimen Preparation Method. Introduction to Focused Ion Beams. , Springer. Boston, MA. (2005).
  28. Park, J. S., et al. Low-defect-density Ge epitaxy on Si(001) using aspect ratio trapping and epitaxial lateral overgrowth. Electrochemical and Solid-State Letters. 12 (4), H142-H144 (2009).
  29. Li, Q., Jiang, Y. B., Xu, H., Hersee, S., Han, S. M. Heteroepitaxy of high-quality Ge on Si by nanoscale Ge seeds grown through a thin layer of SiO2. Applied Physics Letters. 85 (11), 1928-1930 (2004).
  30. Halbwax, M., et al. Epitaxial growth of Ge on a thin SiO2 layer by ultrahigh vacuum chemical vapor deposition. Journal of Crystal Growth. 308 (1), 26-29 (2007).
  31. Leonhardt, D., Ghosh, S., Han, S. M. Origin and removal of stacking faults in Ge islands nucleated on Si within nanoscale openings in SiO2. Journal of Applied Physics. 10 (7), 073516(2011).
  32. Takada, Y., Osaka, J., Ishikawa, Y., Wada, K. Effect of Mesa Shape on Threading Dislocation Density in Ge Epitaxial Layers on Si after Post-Growth Annealing. Japanese Journal of Applied Physics. 49 (4S), 04DG23(2010).
  33. Ishikawa, Y., Wada, K. Germanium for silicon photonics. Thin Solid Films. 518 (6), S83-S87 (2010).
  34. Nagatomo, S., Ishikawa, Y., Hoshino, S. Near-infrared laser annealing of Ge layers epitaxially grown on Si for high-performance photonic devices. Journal of Vacuum Science & Technology B. 35 (5), 051206(2017).
  35. Ayers, J. E., Schowalter, L. J., Ghandhi, S. K. Post-growth thermal annealing of GaAs on Si(001) grown by organometallic vapor phase epitaxy. Journal of Crystal Growth. 125 (1), 329-335 (1992).
  36. Wang, G., et al. A model of threading dislocation density in strain-relaxed Ge and GaAs epitaxial films on Si (100). Applied Physics Letters. 94 (10), 102115(2009).
  37. Leonhardt, D., Ghosh, S., Han, S. M. Defects in Ge epitaxy in trench patterned SiO2 on Si and Ge substrates. Journal of Crystal Growth. 335 (1), 62-65 (2011).
  38. Sammak, A., Boer, W. B., Nanver, L. K. Ge-on-Si: Single-crystal selective epitaxial growth in a CVD reactor. ECS Transactions. 50 (9), 507-512 (2012).
  39. Ishikawa, Y., Wada, K., Cannon, D. D., Liu, J., Luan, H. C., Kimerling, L. C. Strain-induced band gap shrinkage in Ge grown on Si substrate. Applied Physics Letters. 82 (13), 2044-2046 (2003).
  40. Bolkhovityanov, Y. B., Gutakovskii, A. K., Deryabin, A. S., Sokolov, L. V. Edge Misfit Dislocations in GexSi1–x/Si(001) (x~1) Heterostructures: Role of Buffer GeySi1–y (y < x) Interlayer in Their Formation. Physics of the Solid State. 53 (9), 1791-1797 (2011).
  41. Bourret, A. How to control the self-organization of nanoparticles by bonded thin layers. Surface Science. 432 (1), 37-53 (1999).
  42. Hirth, J. P., Lothe, J. Grain boundaries. Theory of Dislocations, 2nd ed. 19, Wiley. New York, NY, USA. 697-750 (1982).
  43. Mizuno, Y., Yako, M., Luan, N. M., Wada, K. Strain tuning of Ge bandgap by selective epigrowth for electro-absorption modulators. Proceedings of SPIE Photonics West, San Francisco, CA, USA. 9367, 1-6 (2015).
  44. Nam, J. H., et al. Lateral overgrowth of germanium for monolithic integration of germanium-on-insulator on silicon. Journal of Crystal Growth. 416 (15), 21-27 (2015).
  45. Fitch, J. T. Selectivity Mechanisms in Low Pressure Selective Epitaxial Silicon Growth. Journal of The Electrochemical Society. 141 (4), 1046-1055 (1994).
  46. Ye, H., Yu, J. Germanium epitaxy on silicon. Science and Technology of Advanced Materials. 15 (2), 1-9 (2014).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Threading Dislocation DensityGermanium Epitaxial GrowthSelective Epitaxial GrowthSemicylindrical VoidsSilicon SubstratesTransmission Electron MicroscopyEtch Pit DensityUltra High Vacuum CVDSubstrate PatterningDislocation Image Force

Related Articles