Remote Heteroepitaxy of In(x)Ga(1-x)As on graphene covered GaAs-(001) substrates
Creators: name: Henksmeier, Tobias
Publisher: name: Universität Paderborn
Year: 2021

description: Heteroepitaktisches Wachstum ist für die Herstellung moderner Halbleiterbauelemente von entscheidender Bedeutung, stellt jedoch eine große Herausforderung dar, da eine Verspannungen in der Epitaxieschicht auftritt. Diese kann durch die Einführung von Kristalldefekten abgebaut werden, was die Leistung von Bauelemente beeinträchtigt. Kürzlich wurde die „Remote-Epitaxie“ auf mit Graphen bedeckten Substraten vorgeschlagen, um einen anderen Entspannungsweg zu bieten. In dieser Arbeit wird zum ersten Mal die „Remote-Heteroepitaxie“ von In(x)Ga(1-x)As-Filmen (0 &lt; x 0.5) auf mit Graphen bedeckten GaAs-(001)-Substraten durch Molekularstrahlepitaxie untersucht.Zunächst wird der Nasstransfer von CVD-Monolagen-Graphen auf frisch geätzten GaAs-(001) orientierten Substraten untersucht. XPS-Messungen zeigen, dass das GaAs-Substrat während des Transfers oxidiert. Eine sorgfältig optimierte, kurze und milde H+Ar-Plasmabehandlung, gefolgt von einem Ausheizschritt im UHV, entfernt die Oxidschicht, während das Graphen weitgehend intakt bleibt. In(x)Ga(1-x)As Molekularstrahlepitaxie wurde auf den mit Graphen bedeckten GaAs-(001)-Substraten durchgeführt. Detaillierte Untersuchungen zur In(x)Ga(1-x)As Keimbildung (0 &lt; x 1.0) zeigen ein remote-epitaktisches Inselwachstum auf dem mit Graphen bedeckten GaAs-Substrat. 200 nm dicke In(x)Ga(1-x)As-Filme (0 &lt; x 0.5) werden in einem einstufigen und einem zweistufigen Verfahren auf mit Graphen bedeckten GaAs-Substraten gewachsen. HRXRD-Messungen zeigen ein kristallines Wachstum auf großen Flächen in gleicher Kristallorientierung wie das Substrat. Detaillierte Untersuchungen zur Verspannungsrelaxation der Schichten werden gezeigt.
description: The heteroepitaxial growth of lattice mismatched films is crucial for modern semiconductor device fabrication, but it is a significant challenge in epitaxy. Growth of lattice mismatched materials creates strain in the epitaxial layer, which is usually relaxed by introducing crystal defects deteriorating the device performance. Remote epitaxy on graphene covered substrates was recently proposed to offer a different relaxation pathway for the strained films. In this thesis, remote heteroepitaxy growth by molecular beam epitaxy of In(x)Ga(1-x)As films (0 &lt; x 0.5) on transfer graphene covered GaAs-(001) substrates is investigated for the first time.First of all, the wet transfer of CVD-monolayer-graphene onto freshly oxide stripped GaAs-(001) oriented substrates is investigated. XPS-measurements reveal that the GaAs substrate re-oxidises during wet graphene transfer. A careful optimised short and mild H+Ar-plasma treatment followed by thermal annealing in UHV removes the oxide layer while keeping the graphene monolayer mainly intact.Secondly, molecular beam epitaxy of In(x)Ga(1-x)As was performed on the graphene-covered GaAs-(001) substrates. Detailed studies on the nucleation of the In(x)Ga(1-x)As layers ( 0 &lt; x 1.0) reveal remote epitaxial island growth on the graphene-covered GaAs substrate. 200 nm thick In(x)Ga(1-x)As films (0 &lt; x 0.5) are grown by a one-step and a two-step process on graphene-covered GaAs substrates and also on bare GaAs substrates for comparison. HRXRD measurements reveal crystalline growth on large areas. Films exhibit the same orientations as the substrate. Detailed studies on the strain relaxation of 200 nm thick films on graphene covered GaAs and for comparison on bare GaAs are presented.