Interplay Between Strain and Thickness on the Effective Carrier Lifetime of Buffer-Mediated Epitaxial Germanium Probed by the Photoconductance Decay Technique
Interplay Between Strain and Thickness on the Effective Carrier Lifetime of Buffer-Mediated Epitaxial Germanium Probed by the Photoconductance Decay Technique
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通过光电导衰减技术探测缓冲介导的外延锗的有效载流子寿命的应变和厚度之间的相互作用
DOI：
10.1021/acsaelm.3c00256
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发表时间：
2023
影响因子：
4.7
通讯作者：
Hudait, Mantu K.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Bhattacharya, Shuvodip;Johnston, Steven W.;Datta, Suman;Hudait, Mantu K.
本文报道了<110>用微波反射光电导衰减测量法测量外延生长的无应变和面内双轴拉伸应变（001）锗（ε-Ge）外延层的非接触有效少数载流子寿命。采用InxGa_（1-x）As线性缓变缓冲层在（001）GaAs衬底上生长了应变Ge外延层。采用均匀激发的无应变Ge外延层，在低注入条件下，少数载流子寿命分量的厚度依赖的分离产生了114 ± 2 ns的体寿命和21.3 ± 0.04 cm/s的低表面复合速度。更值得注意的是，一个有效的少数载流子寿命>100 ns的亚50 nm的1.6%的拉伸应变锗外延层获得没有退化相对于未应变的对应。详细的材料表征，使用X射线衍射显示成功的应变转移0.61%和0.89%的Ge外延层通过InxGa 1-xAs变质缓冲区，并确认假晶生长。通过透射电子显微镜在ε-Ge外延层和InxGa 1-xAs缓冲异质界面处观察到的晶格相干性证实了所实现的主要材料质量。实现的相对高的载流子寿命是优异的材料质量的指标，并且提供了实现低阈值Ge激光源的前进道路。
We report contactless effective minority carrier lifetime of epitaxially grown unstrained and in-plane <110> biaxially tensile-strained (001) germanium (ε-Ge) epilayers measured using microwave-reflectance photoconductance decay measurements. Strained Ge epilayers were grown using InxGa1–xAs linearly graded buffers on (001) GaAs substrates. Using homogeneous excitation of unstrained Ge epilayers, thickness-dependent separation of minority carrier lifetime components under low injection conditions yielded a bulk lifetime of 114 ± 2 ns and low surface recombination velocity of 21.3 ± 0.04 cm/s. More notably, an effective minority carrier lifetime of >100 ns obtained from sub-50 nm 1.6% tensile-strained Ge epilayers showed no degradation relative to the unstrained counterpart. Detailed material characterization using X-ray diffractometry revealed successful strain transfer of 0.61 and 0.89% to the Ge epilayers via InxGa1–xAs metamorphic buffers and confirms pseudomorphic growth. Lattice coherence observed at the ε-Ge epilayer and InxGa1–xAs buffer heterointerfaces via transmission electron microscopy substantiates the prime material quality achieved. The relatively high carrier lifetimes achieved are an indicator of excellent material quality and provide a path forward to realize low-threshold Ge laser sources.
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