Effect of Fe/Si ratio on epitaxial growth of FeSi on Ge substrate

Ge基板上でのFeSiエピタキシャル成長に対するFe/Si比の効果

熊野 守*; 安藤 裕一郎*; 上田 公二*; 佐道 泰造*; 鳴海 一雅; 前田 佳均; 宮尾 正信*

Kumano, Mamoru*; Ando, Yuichiro*; Ueda, Koji*; Sado, Taizo*; Narumi, Kazumasa; Maeda, Yoshihito; Miyao, Masanobu*

Ge基板上でのFeSiの分子線エピタキシャル成長(MBE)に対するFe/Si組成比の効果を、広い範囲の成長温度(60300C)で調べた。X線回折による観測結果より、FeSi層は、Fe/Si組成比が化学量論比(Fe:Si=3:1)であっても非化学量論比(Fe:Si=4:1)であっても、成長温度が60200CでGe(111)基板上にエピタキシャル成長することが明らかになった。ラザフォード後方散乱法による観測結果からは、FeSi/Ge積層構造の界面における原子レベルのFeとGeのミキシングが、成長温度300Cで始まることがわかった。組成比が化学量論比(Fe:Si=3:1)のときは、非化学量論比(Fe:Si=4:1)のときに比べてFeSiの結晶性が著しく向上し、このときの値は広い成長温度範囲(60200C)で小さくなった。透過型電子顕微鏡による観測の結果、成長温度を低く(200C)して化学量論比をとるときに、原子レベルで平坦な界面を持つ高品位のDO3型FeSi/Ge積層構造を実現できることが明らかになった。

The effects of the Fe/Si ratios on molecular beam epitaxy (MBE) of FeSi on Ge substrate have been investigated in a wide range of growth temperatures (60300 C). From XRD measurements, it was found that FeSi layers were epitaxially grown on Ge(111) substrates at 60200 C under the stoichiometric (Fe:Si = 3:1) and non-stoichiometric (Fe:Si = 4:1) conditions. From RBS measurement, it was found that atomic mixing of Fe and Ge at FeSi/Ge interfaces began at a growth temperature of 300 C. In the case of MBE under the stoichiometric condition, the crystallinity of FeSi is significantly improved compared to the non-stoichiometric condition. As a result, very low was obtained in a wide temperature (60200 C) under the stoichiometric condition. From the transmission electron microscopy measurements, it was shown that high-quality DO3-type FeSi/Ge structures with atomically flat interfaces were realized at a low temperature (200 C) under the stoichiometric condition.