Software de análisis de patrones de RHEED para medición in situ de velocidad de crecimiento y relajación de películas delgadas crecidas por Epitaxia de Haces Moleculares

 

Gerardo Mendizabal-Ruiz, y Esteban Martínez-Guerrero

 

Departamento de Electrónica Sistemas e Informática, Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Occidente Tlaquepaque, Jalisco, CP 45090 MEXICO

 

Recibido: 24 de mayo de 2006.
Aceptado: 1 de junio de 2006.

 

Resumen

El monitoreo de la intensidad del spot reflejado en una secuencia de patrones de RHEED es una de las técnicas mas importantes para el control del de películas delgadas y hetero-estructuras sofisticadas crecidas por MBE. La curva de oscilaciones en la intensidad RHEED es usada para medir in-situ, exacta y rápidamente la velocidad de crecimiento de la película así como establecer la composición de una aleación ternaria. Por otro lado, la medición de variaciones de la constante de red durante un crecimiento hetero-epitaxial, permite determinar el tipo de relajación, lo cual es importante para el control de la calidad estructural de hetero-estructuras. En muchas aplicaciones, la disponibilidad de tal información cuantitativa es de mucha utilidad para un análisis mas exhaustivo de la física de crecimiento y realizar acciones sobre los parámetros de control externos tales como temperatura y sincronización de mecanismos de apertura y cierre de celdas de efusión para un determinado propósito. En este trabajo, presentamos un programa multifuncional de análisis de patrones de difracción de electrones de alta energía en incidencia rasante (RHEED) en ambas modalidades: análisis en tiempo real y post-crecimiento de películas epitaxiales crecidas por epitaxia de haces moleculares (MBE). El propósito principal del programa es la determinación de la curva de oscilaciones de RHEED, sin embargo, también puede determinar el porcentaje de variación de constante de red; realizar un trazo tridimensional del patrón RHEED a través del cual se puede inferir el grado de mosaicidad de la película crecida e identificar la orientación cristalográfica de planos de bajo índice. El programa es capaz de desplegar y guardar resultados en forma gráfica o como datos numéricos. Hemos aplicado nuestro software al estudio de películas epitaxiales de GaAs e InGaAs crecidas por MBE y los resultados reportados abajo indican un gran potencial de esta herramienta para la caracterización de películas delgadas.

Palabras clave: Software; RHEED; Películas delgadas; Caracterización; MBE.

 

Abstract

Monitoring the intensity of reflected spot in a RHEED pattern sequence is one of the most important methods used to control the growth of thin layers and sophisticated heterostructures in MBE. RHEED intensity oscillations can be used as accurate, quick and direct measure of the growth rates and fix the composition alloy as well. Measurements of lattice constant variation during the growth of heteroepitaxial system allow determine the relaxation type which is important to control the growth of high quality heterostructures. In several applications the availability of such quantitative information is useful to realize further analysis and achieve feedback between growth dynamic and external parameters, such as the cells temperatures and the shutters synchronization. In this work we present a multipurpose program, enable to analyse RHEED patterns in both modalities, real-time and off-line data analysis of thin films grown by MBE. Its main purpose is to track RHEED intensity changes and measure the rate of oscillation but it also can measure lattice constant variations. It also has image analysis capabilities such as identify low index crystal orientation, surface plotting and profile analysis, image storage and archiving data. We have applied our software to study epitaxial layers of GaAs, and InGaAs grown by MBE and the results reported below allow us gain insight into the thin film growth process proving that our developed software is a powerful tool for the characterization of such semiconductor films.

Keywords: Software; RHEED; Thin films; Characterization; MBE.

 

DESCARGAR ARTÍCULO EN FORMATO PDF

 

Referencias

[1] V.P. LaBella, D.W. Bullock, C. Emery, Z. Ding, and P.M. Thibado, Appl. Phys. Lett. 79, 3065 (2001)        [ Links ]

[2] J. Massies, P. Etienne, F. Dezaly, and N.T. Linh, Surf. Sci. 99, 121 (1980)        [ Links ]

[3] E. Martinez-Guerrero, E. Ballet Amalric, L. Martinet, G. Feuillet, B. Daudin, H. Mariette, P. Holliger, C. Bru-Chevallier, and C. Dubois, J. Appl. Phys., 91, 4983 (2002)        [ Links ]

[4] E. Martinez-Guerrero, PhD Thesis 02ISAL.0009, chapter 2, INSA-Lyon, France, (2002)        [ Links ]

[5] J.G. Proakis and D.G. Manolakis, Tratamiento digital de señales, Capitulo 6, Prentice-Hall, (1998)        [ Links ]

[6] T.E. Harvey, K.A Bertness, R.K. Hickernell, C.M. Wang and J.D Splet, Journal of Crystal Growth, 251, 73 (2003)        [ Links ]

[7] T.M. Lu, G.C. Wang, and Y.P. Zhao, Surface Review and Letters 5, 899 (1998)        [ Links ]

[8] J. Zou and D. J. H. Cockayne J. Appl. Phys. 79, 15 (1996)        [ Links ]

[9] J. M. Moison, F. Houzay, F. Barthe, L. Leprince, E. Andre, O. Vatel, Appl. Phys. Lett. 64, 196 (1994)        [ Links ]

[10] D.B. Dove, R. Ludeke, and L.L. Chang, J. Appl. Phys. 44, 1897 (1973).         [ Links ]