Структурные и оптические свойства метастабильных пленок SiGe/Si с низким содержанием германия

С помощью атомно-силовой микроскопии, рентгеноструктурного анализа и спектроскопии низкотемпературной люминесценции исследованы свойства метастабильных слоев Si$_{1-x}$Ge$_x$/Si (10% $<x<$ 16%), выращенных с помощью молекулярно-пучковой эпитаксии на подложках Si(100). Показано, что на поверхности таких слоев, полученных при температуре 500–700$^\circ$C, присутствуют кольцевые образования. Размер и форма данных образований указывают на их связь с диффузионной неустойчивостью, возникающей за счет взаимосвязи поверхностной диффузии, напряжений и потенциала смачивания при росте эпитаксиальной пленки. Наличие отклонений от однородного распределения германия в плоскости слоя подтверждается детальным анализом рентгеновских кривых качания и двумерных картин дифракции. Для структур с выраженными нарушениями поверхности регистрируется аномальное изменение времен затухания линий излучения объемного кремния, которые указывают на присутствие локальных электрических и/или деформационных полей в приповерхностных областях. Нарушения плоского фронта кристаллизации подавляются при уменьшении температуры роста слоев до 350$^\circ$C. Несмотря на отсутствие покровного слоя кремния, спектры фотолюминесценции самих слоев слабо зависят от их толщины и температуры роста, оставаясь чувствительными лишь к технологической концентрации германия. В одном из образцов, выращенном при температуре 700$^\circ$C и содержащем плотный массив кольцевых образований, обнаружена медленно затухающая люминесценция, связанная, предположительно, с локализацией экситонов вблизи интерфейса SiGe–Si.