On the mechanisms of strain release in molecular-beam-epitaxy-grown In<i>x</i>Ga1−<i>x</i>As/GaAs single heterostructures

Drigo, A. V.; Aydınlı, Atilla; Carnera, A.; Genova, F.; Rigo, C.; Ferrari, C.; Franzosi, P.; Salviati, G.

doi:10.1063/1.344335

Cited by 122 publications

(39 citation statements)

References 28 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…On the other hand, it has also been shown that during epitaxial growth, the non-equilibrium kinetics of dislocation formation can lead to e / d À1=2 (or U / d À1 ). 35 In contrast, much less is known about the value of L that determines the thickness dependence of the domain wall energy. Since the energy cost of the walls is proportional to the spontaneous strain in the domains, a thickness dependence of the residual strain must also result in a thickness dependence of the domain wall energy.…”

mentioning

confidence: 99%

Thickness scaling of ferroelastic domains in PbTiO3 films on DyScO3

Nesterov

Matzen

Magén

et al. 2013

Applied Physics Letters

View full text Add to dashboard Cite

We report on the thickness dependence of the ferroelastic domains of PbTiO 3 films grown on (110)-DyScO 3 with low thicknesses (up to 240 nm), which fall outside the validity range of the square root law proposed by Roytburd. For slow-grown films, the data reveal the linear thickness dependence predicted by Pertsev and Zembilgotov, using a complete elastic description, while a 2/3 scaling exponent is found for fast-grown films. Extremely long domains running all through the samples have been observed in the latter case, compared to the short domains observed in slow-grown films. These differences are ascribed to the in-plane anisotropy for domain wall nucleation, which is likely caused by the anisotropic elastic modulus of the substrate. V C 2013 AIP Publishing LLC.[http://dx.doi.org/10.1063/1.4823536]The response of domains and domain walls crucially affects (and often determines) the dielectric properties and switching behavior of ferroelectrics. This is particularly important in thin films where the ferroelectric (180 ) and ferroelastic (non-180 ) domain walls are formed in order to comply with the stringent electrical (large depolarizing field) and mechanical (substrate mismatch strain and clamping) boundary conditions.The size of the domains increases with increasing film thickness as a result of the balance between the depolarizing field energy (for 180 domains) 1 or elastic strain energy (for non-180 domains) 2 and the domain wall formation energy. Thus, the thinner the films, the larger the domain wall density and the greater the influence of the walls on the ferroelectric properties. Moreover, domain walls break spatial symmetry and could add functionalities to the films when present in large amounts. 3 It is therefore most relevant to have good control of the domain formation and the density of domain walls. 4 Domain formation in ferroelectrics has been largely studied. 2,3,[5][6][7][8][9][10][11][12][13][14][15] In order to adapt to the substrate and to locally minimize the mismatch strain or the depolarizing field, the domains form in a periodic manner. 6,7 It is known that there is a quadratic dependence, W / d 1=2 , of the domain width (W) with the crystal thickness (b). In ferroelastic domains (typically 90 domains), this b 1=2 dependence is an approximation in the regime of d ) W. 2 For smaller thicknesses, a linear dependence has been predicted by Pertsev and Zembilgotov (P&Z), 8 but it has not been experimentally confirmed yet.In this paper we investigate the thickness dependence of the periodicity of ferroelastic 90 domains (a/c twins) in the lower thickness regime using PbTiO 3 films grown on DyScO 3 substrates. This combination is chosen because there is a very small lattice mismatch between film and substrate at the growth temperature. This minimizes the formation of defects during growth. As the films are cooled down strain develops and can be relaxed by forming a/c domains. The absence of defects allows these domains to form in a very periodic fashion. 13,16 Interestingly, when the films...

show abstract

mentioning

confidence: 99%

Thickness scaling of ferroelastic domains in PbTiO3 films on DyScO3

Nesterov

Matzen

Magén

et al. 2013

Applied Physics Letters

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…(8) is very close to the equation describing the strain relief in a single layer heterostructure. As was shown in [11], the strain relief of epitaxial layer of In Ga As grown on (001) GaAs substrate is governed by the equation…”

Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

“…Such a relation between strains and thicknesses was explained in the framework of a "geometrical approach" taking into account the character of the spatial distribution of misfit dislocations in the region between the substrate and the growing epitaxial layer. By contrary, in [11] there was established that the residual compressive strain varies in an inverse proportion to the root square of layer thickness. It means that there is an energetic limit for an elastic strained thin film, which governs the strain relief in single layer hetero structures.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 98%

Comparative Analysis of Strain Fields in Step-graded Buffers of Different Design, based on InxAl1-xAs Ternary Solutions

An¹,

As²,

Oa³

et al. 2017

Struct Chem Crystallogr Commun

View full text Add to dashboard Cite

“…Обращает на себя внимание то,что по своей форме выражение (8) близко к выражению, полученному в [12] для описания структурной релак-сации в однослойных гетерофазных структурах, выра-щенных на подложках (001) GaAs на основе тройных растворов In x Ga 1−x As при x = 0.1−0.4. Согласно [12], процесс структурной релаксации в таких однослойных гетероструктурах следует закону…”

Section: обсуждение результатовunclassified

“…Эта зависимость была объяснена особенностями поведения дислокаций несоответствия в приграничном (в области подложки) слое на основе геометрического подхода [11], базирующегося на суще-ствовании предельной плотности дислокаций несоответ-ствия, превышение которой приводит к пластической деформации. Авторами [12] по результатам собственных исследований, а также на основе экспериментальных данных, приведенных в [13][14][15], было установлено, что связь между остаточными упругими деформациями и толщинами слоев в однослойных гетероструктурах под-чиняется обратной квадратно-корневой зависимости, что свидетельствует о существовании некоторого энергети-ческого предела, выше которого дальнейшее упругое сжатие решетки эпитаксиального слоя невозможно. Для обоих подходов были найдены значения феноменоло-гических постоянных, позволяющих численно выразить остаточную упругую деформацию в зависимости от толщины эпитаксиального слоя.…”

Section: Introductionunclassified

Сравнительный Анализ Деформационных Полей В Слоях Метаморфных Ступенчатых Буферов Различного Дизайна

Алёшин¹,

Бугаев²,

Рубан³

et al. 2017

Физика Твердого Тела

View full text Add to dashboard Cite

Методом построения карт обратного пространства, полученных с помощью трехосевой рентгеновской ди-фрактометрии, и на основе линейной теории упругости получены пространственные распределения остаточ-ных упругих деформаций в слоях двух метамофных ступенчатых буферов различного дизайна, выращенных методом молекулярно-лучевой эпитаксии на основе тройных растворов Inx Al 1−x As на подложках (001) GaAs. Разница в дизайне буферов обеспечивала образование в каждой из гетероструктур бездислокационного слоя с различной толщиной, что явилось основным базисом данного исследования. Показано, что, несмотря на различный дизайн метаморфных ступенчатых буферов, характер деформационных полей в них один и тот же, а остаточные упругие деформации в финальных элементах обоих буферов с учетом поправки на эффект деформационного упрочнения подчиняются тому же феноменологическому закону, который описывает процесс структурной релаксации в однослойных гетероструктурах. ВведениеОдной из актуальных проблем современного мате-риаловедения является изучение процесса структурной релаксации в слоях метаморфного буфера (ММ-буфера), используемого в гетероструктурах, создаваемых, в част-ности, для приборов сверхвысокочастотной полупровод-никовой электроники, например в транзисторах с вы-сокой подвижностью электронов (high electron mobility transistors, HEMT). ММ-буфер является демпфирую-щим элементом конструкции гетероструктуры (напри-мер, гетероструктуры AlInAs/AlGaAs). Необходимость его присутствия обусловлена тем, что параметр ре-шетки активных слоев транзистора (квантовой ямы) превышает параметр подложки GaAs, на которой обыч-но выращивается гетероструктура. ММ-буфер представ-ляет собой переходную область с пространственным изменением периода решетки, что в случае гетеро-структур AlInAs/AlGaAs достигается путем измене-ния содержания In. Дизайн ММ-буфера может быть различным, например ступенчатым [1-3] или линей-ным [2,3]. При выращивании ММ-буфера одновремен-но с ростом эпитаксиальных слоев происходит их структурная релаксация, которая сопровождается ге-нерацией дислокаций несоответствия и распростране-нием прорастающих дислокаций (представляющих со-бой дислокационные петли, замкнутые на дислокации несоответствия [4]) в верхние слои гетероструктуры вплоть до активных слоев HEMT. В технологии со-здания гетероструктур наибольшее распространение по-лучили многослойные ступенчатые ММ-буферы вви-ду относительной простоты их изготовления. Часто в ступенчатом ММ-буфере в качестве дополнительных элементов конструкции присутствуют инверсная сту-пень или залечивающий слой [5]. Наличие ММ-буфера предохраняет распространение прорастающих дислока-ций в активные слои прибора. Эта цель достигает-ся за счет образования в верхней части ММ-буфера слоя, свободного от прорастающих дислокаций, ко-торый в свою очередь служит платформой для со-здания инверсной ступени или залечивающего слоя. Теоретическое обоснование возможности образования бездислокационного слоя в системе переменного со-става (т. е. с изменяющимся периодом решетки) было дано в [6]. Данная теоретичес...

show abstract

On the mechanisms of strain release in molecular-beam-epitaxy-grown InxGa1−xAs/GaAs single heterostructures

Cited by 122 publications

References 28 publications

Thickness scaling of ferroelastic domains in PbTiO3 films on DyScO3

Thickness scaling of ferroelastic domains in PbTiO3 films on DyScO3

Comparative Analysis of Strain Fields in Step-graded Buffers of Different Design, based on InxAl1-xAs Ternary Solutions

Сравнительный Анализ Деформационных Полей В Слоях Метаморфных Ступенчатых Буферов Различного Дизайна

Contact Info

Product

Resources

About