Details

Для создания устройств, работающих в терагерцовом диапазоне, и топологических изоляторов представляют интерес гетерокомпозиции с активной областью на основе слоев GaAs/Ge/GaAs. Оптические и электрофизические свойства таких приборов во многом зависят от технологических условий их формирования. В работе исследована структура слоев GaAs в гетерокомпозициях GaAs/Ge/GaAs, выращенных на подложке GaAs(001) методом молекулярно-пучковой эпитаксии при технологических условиях, обеспечивающих разворот кристаллических решеток верхнего и нижнего слоев GaAs на 90 градусов для образцов одного типа и не приводящих к такому развороту для образцов другого типа. Сформированные гетерокомпозиции исследованы методами просвечивающей электронной микроскопии и электронографического анализа с использованием тонкой фольги поперечного сечения, приготовленной с применением метода фокусированного ионного пучка. Установлено, что слои GaAs/Ge/GaAs имеют высокое кристаллическое совершенство для обоих типов образцов, но в слоях GaAs, расположенных над слоем Ge, образуются дефекты упаковки и антифазные домены. Идентификация взаимной ориентации верхнего и нижнего слоев GaAs в GaAs/Ge/GaAs выполнена путем сравнения распределения интенсивности в дисках и 002 на дифракционных картинах, полученных при дифракции сходящегося электронного пучка. На основе моделирования таких картин показано, что ориентация образца вдоль оси зоны [310] является оптимальной для выявления различий в дифракционных узорах в псевдозапрещенных дисках и 002. Экспериментальные дифракционные картины, полученные при таких условиях, позволили подтвердить одинаковую ориентацию кристаллических решеток верхнего и нижнего слоев GaAs в образцах одного типа и разворот решеток этих слоев на 90 градусов вокруг направления [001] в образцах другого типа.

Heterostructures with an active region based on GaAs/Ge/GaAs layers are of interest for developing devices operating in the terahertz range and for topological insulators. Optical and electrophysical properties of such devices depend largely on their formation process specifications. In this work, a structure of GaAs layers in GaAs/Ge/GaAs heterostructures grown on a GaAs(001) substrate by molecular beam epitaxy, with specific growth conditions resulting in a 90 rotation of the crystal lattices between the upper and lower GaAs layers in one type of samples and no such rotation in samples of another type, was investigated. Subsequent analysis of the formed heterostructures was performed by transmission electron microscopy and electron diffraction analysis using thin cross-section foils prepared via the focused ion beam method. It has been established that the GaAs/Ge/GaAs layers exhibited high crystalline perfection in both types of samples; however, stacking faults and antiphase domains are formed in the GaAs layers positioned above Ge layer. The relative orientation of the upper and lower GaAs layers in GaAs/Ge/GaAs structures was determined by comparing the intensity distribution in disks and 002 in the diffraction patterns obtained by convergent beam electron diffraction. Simulation of these patterns demonstrated that orientation of the sample along the [310] zone axis is optimal for identification of differences in diffraction patterns within the pseudo-forbidden disks and 002 reflections. Experimental diffraction patterns obtained under these conditions have allowed the confirmation of identical orientation of the crystal lattices between the upper and lower GaAs layers in one type of samples while revealing a 90 rotation of these lattices around the [001] direction in the other type.