Статья

Название статьи МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕТОДОМ МОНТЕ-КАРЛО ВЛИЯНИЯ ПОТОКА ТЕТРАМЕРОВ МЫШЬЯКА НА ЭПИТАКСИАЛЬНЫЙ РОСТ GAAS/GAAS(001)
Автор С.В. Балакирев, М.М. Еременко, М.С. Солодовник
Рубрика РАЗДЕЛ III. НАНОМАТЕРИАЛЫ
Месяц, год 09, 2015
Индекс УДК 621.793.14
DOI
Аннотация Представлена модель роста GaAs на поверхности GaAs(001) методом молекулярно-лучевой эпитаксии с учетом влияния потока тетрамеров мышьяка на геометрические параметры массивов зарождающихся островков. Моделирование проводится с помощью кинетического метода Монте-Карло с учетом особенностей поверхности, многокомпонентности растущей пленки и локального окружения адатомов. В связи с большой подвижностью мышьяка на поверхности диффузионный шаг молекулы мышьяка был принят равным средней диффузионной длине, что позволило значительно увеличить скорость вычислений без существенного искажения результатов моделирования. Показано, что островки формируются преимущественно в траншеях (2x4)-реконструированной поверхности GaAs(001) и имеют вытянутую форму вдоль направления [110]. Плотность островков увеличивается с повышением степени заполнения поверхности и достигает значения насыщения. При увеличении потока мышьяка с 3·1014 до 4·1015 см-2с-1 плотность островков увеличивается с 3,1·1012 до 4,6·1012 см-2 при степени заполнения, равной 0,2 монослоя GaAs. При этом средний размер островков уменьшается с 3,6 до 2,5 нм. С увеличением степени заполнения поверхности степень влияния потока мышьяка на средний размер островков возрастает. Функция распределения островков по размерам показывает, что наиболее существенное влияние на характеристики островков оказывает изменение потока тетрамеров мышьяка в области больших значений. Это объясняется дефицитом атомов галлия относительно осажденных молекул мышьяка, что препятствует формированию островков большого размера и приводит к резкому увеличению концентрации малых кластеров. Результаты моделирования находятся в хорошем согласии с экспериментальными данными.

Скачать в PDF

Ключевые слова Нанотехнологии; наноструктуры; наноматериалы; полупроводники; молекулярно- лучевая эпитаксия; арсенид галлия; поток мышьяка; кинетическое моделирование; метод Монте-Карло.
Библиографический список 1. Manfra M.J. Molecular Beam Epitaxy of Ultra-High-Quality AlGaAs/GaAs Heterostructures: Enabling Physics in Low-Dimensional Electronic Systems // Annual Review of Condensed Matter Physics. – 2014. – Vol. 5. – P. 347-373.
2. Агеев О.А., Коломийцев А.С., Михайличенко А.В., Смирнов В.А., Пташник В.В., Солодовник М.С., Федотов А.А., Замбург Е.Г., Климин В.С., Ильин О.И., Громов А.Л., Рукомойкин А.В. Получение наноразмерных структур на основе нанотехнологического комплекса НАНОФАБ НТК-9 // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2011. – № 1 (114). – С. 109-116.
3. Алексеев А.Н., Соколов И.А., Агеев О.А., Коноплёв Б.Г. Комплексный подход к технологическому оснащению центра прикладных разработок. Опыт реализации в НОЦ «Нанотехнологии» ЮФУ // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2011. – № 4 (117). – С. 207-210.
4. Ageev O.A., Konoplev B.G., Rubashkina M.V., Rukomoikin A.V., Smirnov V.A., Solodovnik M.S. Studying the effect of geometric parameters of oriented GaAs nanowhiskers on Youngs modulus using atomic force microscopy // Nanotechnologies in Russia. – 2013. – Vol. 8, No. 1-2. – P. 23-28.
5. Ageev O.A., Smirnov V.A., Solodovnik M.S., Rukomoikin A.V., Avilov V.I. A study of the formation modes of nanosized oxide structures of gallium arsenide by local anodic oxidation // Semiconductors. – 2012. – Vol. 46, No. 13. – P. 1616-1621.
6. Hata M., Isu T., Watanabe A., Katayama Y. Distributions of growth rates on patterned surfaces measured by scanning microprobe reflection high‐energy electron diffraction // J. Vac. Sci. Technol. B. – 1990. – Vol. 8 (4). – P. 692.
7. LaBella V.P., Bullock D.W., Ding Z., Emery C., Harter W.G., Thibado P.M. Monte Carlo derived diffusion parameters for Ga on the GaAs(001)-(2Ч4) surface: A molecular beam epitaxy–scanning tunneling microscopy study // J. Vac. Sci. Technol. A. – 2000. – Vol. 18 (4). – P. 1526-1531.
8. Avery A.R., Dobbs H.T., Holmes D.M., Joyce B.A., Vvedensky D.D. Nucleation and Growth of Islands on GaAs Surfaces // Phys. Rev. Lett. –1997. – Vol. 79 (20). – P. 3938-3941.
9. Itoh M., Bell G.R., Joyce B.A., Vvedensky D.D. Transformation kinetics of homoepitaxial islands on GaAs(001) // Surf. Sci. – 2000. – Vol. 464 (2-3). – P. 200.
10. Kratzer P., Morgan C.G., Scheffler M. Model for nucleation in GaAs homoepitaxy derived from first principles // Phys. Rev. B. – 1999. – Vol. 59(23). – P. 15246.
11. Amrani A., Djafari Rouhani M., Mraoufel A. A Monte Carlo investigation of Gallium and Arsenic migration on GaAs(100) surface // Appl. Nanosci. – 2011. – Vol. 1. – P. 59-65.
12. Kratzer P., Scheffler M. Reaction-Limited Island Nucleation in Molecular Beam Epitaxy of Compound Semiconductors // Phys. Rev. Lett. – 2002. – Vol. 88 (3). – P. 036102.
13. Smilauer P., Wilby M.R., Vvedensky D.D. Reentrant layer-by-layer growth: A numerical study // Phys. Rev. B. – 1993. – Vol. 47 (7). – P. 4119.
14. Kley A., Ruggerone P., Scheffler M. Novel Diffusion Mechanism on the GaAs(001) Surface: The Role of Adatom-Dimer Interaction // Phys. Rev. Lett. – 1997. – Vol. 79 (26). – P. 5278.
15. Pashley M.D. Electron counting model and its application to island structures on molecular-beam epitaxy grown GaAs(001) and ZnSe(001) // Phys. Rev. B. – 1989. – Vol. 40(15). – P. 10481.
16. Daweritz L., Ploog K. Contribution of reflection high-energy electron diffraction to nanometre tailoring of surfaces and interfaces by molecular beam epitaxy // Semicond. Sci. Tech. – 1994. – Vol. 9(2). – P. 123-136.
17. Kangawa Y., Ito T., Taguchi A., Shiraishi K., Irisawa T., Ohachi T. Monte Carlo simulation for temperature dependence of Ga diffusion length on GaAs(001) // Appl. Surf. Sci. – 2002. – Vol. 190. – P. 517-520.
18. Foxon C.T., Joyce B.A. Interaction kinetics of As4 and Ga on {100} GaAs surfaces using a modulated molecular beam technique // Surf. Sci. – 1975. – Vol. 50. – P. 434.
19. Tok E.S., Neave J.H., Zhang J., Joyce B.A., Jones T.S. Arsenic incorporation kinetics in GaAs(001) homoepitaxy revisited // Surf. Sci. – 1997. – Vol. 374. – P. 397.
20. Morgan C.G., Kratzer P., Scheffler M. Arsenic Dimer Dynamics during MBE Growth: Theoretical Evidence for a Novel Chemisorption State of As2 Molecules on GaAs Surfaces // Phys. Rev. Lett. – 1999. – Vol. 82(24). – P. 4886.
21. Nishinaga T., Shen X.Q. Surface diffusion and adatom stoichiometry in GaAs MBE studied by microprobe-RHEED/SEM MBE // Appl. Surf. Sci. – 1994. – Vol. 82-83. – P. 141.
22. Nishinaga T. Atomistic aspects of molecular beam epitaxy // Prog. Cryst. Growth Charact. Mater. – 2004. – Vol. 48-49. – P. 104-122.
23. Higuchi Y., Uemura M., Masui Y., Kitada T., Shimomura S., Hiyamizu S. V/III ratio
dependence of surface migration length of As4 molecules during molecular beam epitaxy of GaAsP on (4 1 1)A GaAs substrates // J. Cryst. Growth. – 2003. – Vol. 251. – P. 80-84.
24. Tatsuoka Y., Kamimoto H., Kitano Y., Kitada T., Shimomura S., Hiyamizu S. GaAs/GaAs0.8P0.2 quantum wells grown on (n11)A GaAs substrates by molecular beam epitaxy // J. Vac. Sci. Technol. B. – 1999. – Vol. 17(3). – P. 1155-1157.
25. Tok E.S., Neave J.H., Allegretti F.E., Zhang J., Jones T.S., Joyce B.A. Incorporation kinetics of As2 and As4 on GaAs(110) // Surf. Sci. – 1997. – Vol. 371. – P. 277.
26. Garcia J.C., Neri C., Massies J. A comparative study of the interaction kinetics of As2 and As4 molecules with Ga-rich GaAs (001) surfaces // J. Cryst. Growth. – 1989. – Vol. 98. – P. 511-518.
27. Балакирев С.В., Блинов Ю.Ф., Солодовник М.С. Модель начальной стадии
гомоэпитаксиального роста GaAs методом МЛЭ с учётом соотношения потоков
ростовых компонент // Известия ЮФУ. Технические науки. – 2014. – № 9 158).
– С. 93-105.
28. Itoh. M., Bell G.R., Avery A.R., Jones T.S., Joyce B.A., Vvedensky D.D. Island Nucleation and Growth on Reconstructed GaAs(001) Surfaces // Phys. Rev. Lett. – 1998. – Vol. 81 (3). – P. 633-636.
29. Ratsch C., Smilauer P., Zangwill A., Vvedensky D.D. Submonolayer epitaxy without a critical nucleus // Surf. Sci. – 1995. – Vol. 329 (1-2). – P. L599-L604.
30. Joyce B.A., Vvedensky D.D., Bell G.R., Belk J.G., Itoh M., Jones T.S. Nucleation and growth mechanisms during MBE of III-V compounds // Mat. Sci. Eng. B. – 1999. – Vol. 67. – P. 7-16.

Comments are closed.