Streuung von Röntgenstrahlen an selbstorganisierten Halbleiter ...

8 Zusammenfassung
Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist die zerstörungsfreie Charakterisierung selbstgeordneter
mesoskopischer Objekte in den Systemen SiGe auf Si(001) und InP auf InGaP/GaAs(001) mittels
hochaufgelöster Röntgenstreuung in Verbindung mit kinematischen Streurechnungen. Darüber
hinaus wurde der Entstehungsprozeß von Einzelinseln und Insel-Insel-Korrelation mit direktabbildenden
Verfahren untersucht.
Aufgrund der unterschiedlichen Gitterparameter bei der Heteroepitaxie kommt es beim Wachstum
zum Aufbau von Deformationsenergie, die bei den betrachteten Proben ausschließlich elastisch
über die Bildung von Stranksi-Krastanow Inseln abgebaut wurde. Die mit Flüssigphasenepitaxie
gezüchteten SiGe Inseln auf Si(001) weisen im Endstadium die Form eines vierzähligen Pyramidenstumpfes
auf, der durch {111} Seitenfacetten und eine (001) Deckfacette begrenzt wird.
Für die Entstehung von SiGe Inseln mit einem nominellen Ge-Gehalt von 10% konnten drei verschiedene
Wachstumsstadien direkt mittels Atomkraftmikroskopie nachgewiesen werden. Die
Inselentstehung erfolgt bis zu etwa einem Drittel der Höhe des finalen Pyramidenstumpfes über
steiler werdende Facetten, bis diese einen Winkel von etwa 16°, entsprechend {115} Facetten,
einnehmen. Gefolgt von diesem zeitlich gut auflösbaren vergleichsweise langsamen Prozeß findet
eine sehr rasche Morphologieänderung hin zu flachen Pyramidenstümpfen mit {111} Seitenfacetten
und einer (001) Deckfacette statt. Später wachsen die Inseln hauptsächlich über die (001)
Facette weiter. Daneben konnte ein zusätzliche Verbreiterung der Basis durch das am Inselfuß
startende Aufwachsen von {111} Flächen mittels Rasterelektronenmikroskopie nachgewiesen
werden. Da diese Flächen zum Teil jedoch nicht bis in die Inselkanten bzw. bis zur Deckfacette
komplettiert werden, kommt es zu einer deutlichen Verbreiterung der 〈101〉 Kanten.
Bei Germaniumgehalten größer 30% verläuft die Inselentstehung bereits so schnell, dass nur
ausgewachsene Pyramidenstümpfe mit AFM beobachtet werden konnten. Jedoch läßt sich bei
diesen Konzentrationen sehr gut die Entstehung von Inselketten entlang 〈100〉 abhängig vom
Bedeckungsgrad untersuchen. Dazu wurden verschieden dichte Topologien quantitativ in Hinblick
auf die auftretenden Kettenlängen und den daran beteiligten Inseln ausgewertet. Mit steigender
Bedeckung nimmt die maximal realisierte Kettenlänge zu. Darüber hinaus ordnen sich bezogen auf
die Gesamtinselzahl immer mehr Inseln in immer längeren Reihen an. Der beobachtete
Mechanismus funktioniert über die Anlagerung weiterer Inseln am Ende einer bereits bestehenden
Formation. Der Benetzungsschicht und den unterliegenden Substratbereichen kommt eine
vermittelnde Funktion bei der Propagation des die Insel umgebenden Spannungsfeldes zu. Das
Auftreten ausgesprochen langer Ketten mit mehr als 12 Inseln legt die Vermutung nahe, dass nicht
nur das Spannungsfeld der nächstgelegenen Insel die Umgebung in günstige und weniger günstige
Nukleationsplätze einteilt, sondern dass zumindest auch noch die übernächste Insel an diesem
Prozeß beteiligt sein muß. Mittels FEM Simulationen konnte gezeigt werden, dass ein vorhandenes
Dimer die Nukleation entlang seiner Hauptrichtung in einem kleineren Abstand als senkrecht dazu
favorisiert. Ein Minimum in der Deformationsenergiedichte konnte nicht nachgewiesen werden. Es
ist zu vermuten, dass dem in den FEM Simulationen nicht berücksichtigten spannungsinduzierten