Calidad cristalográfica

Las anchuras de los picos de difracción de las capas crecidas por SPE, determinadas a la mitad de su intensidad máxima, divididas por las anchuras teóricas correspondientes a las capas perfectas cristalográficamente del espesor correspondiente (FWHM / FWHM 0 ) se listan en la Tabla 5.12 en

el caso de las muestras no dopadas y en la Tabla 5.13 en el caso de las muestras dopadas.

T (ºC) _{x = 0.21 x = 0.26 x = 0.34}

550 1.25 1.9 2.6

650 1.25 1.9 2.6

800 1.35 2.0 2.1

Tabla 5.12. Anchura de los picos de difracción evaluada a la mitad de su intensidad máxima

dividida por la anchura teórica correspondiente. Muestras no dopadas.

T (ºC) x = 0.21 x = 0.26 x = 0.34

550 1 1.45 1.95 650 1 1.45 1.95 800 1.1 1.55 1.65

Tabla 5.13. Anchura de los picos de difracción evaluada a la mitad de su intensidad máxima

Los resultados anteriores se representan en la Figura 5.22 en función de la fracción de Ge y de la temperatura de crecimiento. El desplazamiento de los picos de difracción respecto a las posiciones correspondientes a la coherencia (D = 1) a causa de la relajación parcial de las capas está asociado a un aumento de su anchura y a una modificación de su forma. Estos efectos están relacionados con la presencia de imperfecciones en la estructura cristalina de las capas parcialmente relajadas. Existe una buena correlación entre los resultados mostrados en la Figura 5.22 y en la Figura 5.21 puesto que la disminución del grado de deformación observado a medida que aumenta la fracción de Ge está implica la introducción de una mayor densidad de defectos en las capas, lo que produce un mayor ensanchamiento de los picos de difracción.

FRACCIÓN DE Ge (x) 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 ANCHUR A FWHM / FWHM 0 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 T ≤ 650 ºC NO DOPADAS DOPADAS T = 800 ºC FWHM₀

Figura 5.22. Anchura de los picos de difracción de las capas dopadas y no dopadas en función del

contenido en Ge de las capas y de la temperatura de crecimiento.

El hecho de que en algunos casos los picos no sean simétricos es una indicación de que la estructura de las capas puede no ser uniforme en todo su espesor. Estos resultados están de acuerdo cualitativamente con las observaciones realizadas mediante TEM y presentadas anteriormente, que

mostraron la existencia de distribuciones no homogéneas de defectos en profundidad. En las curvas de difracción de las muestras no dopadas de

x

= 0.21 el pico es aproximadamente simétrico y tiene forma gaussiana, similar a la de los picos de las muestras originales. En estas muestras el grado de deformación es elevado y las imágenes de TEM mostraron que la densidad de defectos en la parte superior de la capa es baja. Los picos de difracción de las capas no dopadas de

x

= 0.26 presentan una clara asimetría, poniendo de manifiesto la existencia de zonas de diferentes características. En este caso las observaciones realizadas mediante TEM mostraron que las zonas sin defectos y con defectos son de espesores similares y la densidad de defectos en esta última es elevada, de acuerdo con la forma del pico de difracción. En el caso de las capas no dopadas de

x

= 0.34, los picos tienen una gran anchura pero su aspecto es aproximadamente simétrico, lo que puede interpretarse como una indicación de una mala calidad cristalográfica de la capa en todo su espesor, tal como muestran las imágenes de TEM.

Los picos de difracción de las capas dopadas de

x

= 0.21 tienen forma gaussiana y son simétricos. En las curvas de difracción correspondientes es posible distinguir las interferencias debidas a la presencia de la capa. Estas características indican que la calidad cristalográfica de las capas es alta. Los picos son ligeramente más anchos que los de las capas originales. Esto es debido a que el espesor de las capas dopadas es menor, puesto que aproximadamente 3 nm de material fueron consumidos durante el crecimiento del óxido que fue detectado y caracterizado mediante RBS. En los difractogramas de las muestras dopadas de

x

= 0.26 el pico es más simétrico que los de las no dopadas, indicando una clara modificación estructural con tendencia a la eliminación de las inhomogeneidades. En esta capa se observó mediante TEM un espesor de la capa sin defectos mayor y una densidad de defectos residual en la parte superior menor que en la correspondiente muestra no dopada de la misma fracción de Ge. Puede considerarse por tanto que la muestra dopada es más homogénea en profundidad que la no dopada, de acuerdo con las características del pico de difracción. En el caso de las capas dopadas de

x

= 0.34, el hecho de que los picos sean más estrechos que los correspondientes de las no dopadas indica que la calidad cristalográfica experimenta una cierta mejora a causa del dopado. El aspecto general de los picos no cambia puesto que la densidad de defectos es, de acuerdo con las imágenes TEM, muy grande.

La temperatura de crecimiento tiene poca influencia en la anchura de los picos de difracción de las capas de

x

= 0.21 y

x

= 0.26. Los picos de las capas crecidas a 800 ºC, dopadas o no, son sólo ligeramente más anchos que los de las capas de las mismas características crecidas a temperaturas menores. Los picos de difracción de las capas de

x

= 0.34 crecidas a 800 ºC son bastante más estrechos que los de las capas crecidas a temperaturas menores. La mejora de la calidad cristalográfica se atribuye a la eliminación o agrupamiento de los defectos existentes en el volumen de las capas a causa de la mayor temperatura del recocido. Esto no se traduce en un aumento del grado de deformación de las capas, que es muy bajo y prácticamente no varía con la temperatura. Esta mejora de la calidad fue detectada también mediante TEM.

In document Crecimiento de capas dopadas tipo p de SiGe sobre Si mediante epitaxia en fase sólida para su aplicación en la fabricación de detectores de infrarrojo lejano (página 126-129)