Determination of crystallization conditions of Ge/GaAs heterostructures in the scanning LPE method

• Published in: Semiconductor Physics Quantum Electronics & Optoelectronics
• Date: 2020
• Main Authors: Tsybulenko, V.V., Shutov, S.V., Yerochin, S.Yu.
• Format: Article
• Language: English
• Published: Інститут фізики напівпровідників імені В.Є. Лашкарьова НАН України 2020
• Subjects: Semiconductor Physics
• Online Access: https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/215853
• Journal Title: Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
• Cite this: Determination of crystallization conditions of Ge/GaAs heterostructures in the scanning LPE method / V.V. Tsybulenko, S.V. Shutov, S.Yu. Yerochin // Semiconductor Physics Quantum Electronics & Optoelectronics. — 2020. — Т. 23, № 3. — С. 294-301. — Бібліогр.: 23 назв. — англ.

We carried out the modelling of separate technological stages of scanning liquid phase epitaxy (SLPE) technique: wetting the substrate by the solution-melt using Ampere force, growing the epitaxial layer during a short-time contact between the substrate and solution-melt, and removing the solution-melt from the substrate using Ampere force as well. The modelling was carried out for the case of Ge layers growing on GaAs substrate from Ga-Ge solution-melt at a temperature of 500 °C. We have ascertained that the Peltier effect and Joule heating practically have no effect on the growth pattern, and under certain conditions, could be even diminished. The influence of electromigration and convection in the solution-melt can be neglected. It has been shown that the basic technological parameters of the SLPE process are as follows: the initial temperatures and sizes of the substrate and the growing vessel, the conditions of heat removal from the substrate back side, and the time of the process. It has also been shown that the major contribution to the epitaxial layer thickness distribution over the substrate surface has been made by the heat distribution in the cooled substrate. Ми провели моделювання окремих технологічних етапів скануючої рідиннофазної епітаксії (СРФЕ): змочування підкладки розчином-розплавом за допомогою сили Ампера, вирощування епітаксійного шару під час короткочасного контакту між підкладкою і розчином-розплавом та видалення розчину-розплаву з підкладки з використанням сили Ампера. Моделювання проводили для випадку вирощування шарів Ge на підкладці GaAs з розчину-розплаву Ga-Ge при температурі 500 °C. Було виявлено, що ефект Пельтьє та джоулеве тепло практично не впливають на структуру росту та за певних умов їх навіть можна зменшити. Електроміграцією та конвекцією у розчині-розплаві можна знехтувати. Показано, що основними технологічними параметрами методу СРФЕ є такі: початкові температури та розміри підкладки і ростової комірки, умови відведення тепла з тильного боку підкладки та час процесу росту. Було також показано, що основним внеском у розподіл товщини епітаксійного шару по поверхні підкладки був розподіл тепла в охолодженій підкладці.