Alloy Stability of Ge1−xSnx with Sn Concentrations up to 17% Utilizing Low-Temperature Molecular Beam Epitaxy
Alloy Stability of Ge1−xSnx with Sn Concentrations up to 17% Utilizing Low-Temperature Molecular Beam Epitaxy
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合金%20稳定性%20of%20Ge1âxSnx%20with%20Sn%20浓度%20up%20至%2017%%20利用%20低温%20分子%20光束%20外延
DOI：
10.1007/s11664-020-08188-6
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发表时间：
2020
影响因子：
2.1
通讯作者：
J. Schulze
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
D. Schwarz;H. S. Funk;M. Oehme;J. Schulze
二元合金锗锡已被提出作为直接第IV族半导体在高锡浓度和特定的应变。因此，它提供了一个很有前途的途径，单片集成光源的光片上通信的硅。然而，许多研究人员面临的主要挑战是实现高锡浓度和良好的晶体质量。关键问题是与硅和锗的晶格失配，以及锡在锗中小于1%的有限固溶度。因此，本文提出了一个系统的研究锗锡的外延生长条件与锡浓度高达17%。为此，我们进行了两个生长实验，利用分子束外延。在一个实验中，我们改变具有8%锡的锗锡外延的生长温度，以研究互生长温度稳定性。在第二个实验中，我们专注于锗锡的应变弛豫，这取决于不同的锡浓度和掺杂类型。随后的X射线衍射和扫描电子显微镜的材料分析的结果，使我们能够缩小锗锡的外延窗口。此外，我们提出了一个可能的解释，独特的弛豫机制的锗锡，这是显着不同的众所周知的弛豫机制的硅锗。
The binary alloy germanium tin has already been presented as a direct group IV semiconductor at high tin concentrations and specific strain. Therefore, it offers a promising approach for the monolithic integrated light source towards the optical on-chip communication on silicon. However, the main challenge faced by many researchers is the achievement of high tin concentrations and good crystal quality. The key issues are the lattice mismatch to silicon and germanium, as well as the limited solid solubility of tin in germanium of less than 1%. Therefore, this paper presents a systematic investigation of the epitaxial growth conditions of germanium tin with tin concentrations up to 17%. For this, we performed two growth experiments utilizing molecular beam epitaxy. In one experiment, we varied the growth temperature for the epitaxy of germanium tin with 8% tin to investigate the inter-growth temperature stability. In the second experiment, we focused on the strain-relaxation of germanium tin, depending on different tin concentrations and doping types. The results of subsequent material analysis with x-ray diffraction and scanning electron microscopy allow us to narrow the epitaxial window of germanium tin. Furthermore, we present a possible explanation for the unique relaxation mechanism of germanium tin, which is significantly different from the well-known relaxation mechanism of silicon germanium.
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