(001)-oriented LaAlO3 films were grown epitaxially on (001) Si substrates utilizing an ultrathin 5 unit-cell-thick SrTiO3 buffer layer. The SrTiO3 layer was grown at ∼250 °C and annealed in vacuum at 550 °C, following an epitaxy-by-periodic-annealing procedure. Upon this buffer layer, the LaAlO3 layer was then grown by codeposition at 580 °C. The rocking curve of the as-grown LaAlO3 film exhibits a full width at half maximum value as small as 0.02°. Atomic force microscopy shows that the surface of the LaAlO3 film has a root-mean-square roughness of 1.3 Å. Scanning transmission electron microscopy reveals that the LaAlO3/SrTiO3 interface and the SrTiO3/Si interfaces are sharp. This high crystalline quality, twin-free, epitaxial LaAlO3 on SrTiO3 on silicon could be relevant to integrating oxides with multiple functionalities on silicon.

1.
S.
Geller
and
V. B.
Bala
,
Acta Crystallogr.
9
,
1019
(
1956
).
2.
K. J.
Hubbard
and
D. G.
Schlom
,
J. Mater. Res.
11
,
2757
(
1996
).
3.
D. G.
Schlom
and
J. H.
Haeni
,
MRS Bull.
27
,
198
(
2002
).
4.
R. W.
Simon
,
C. E.
Platt
,
A. E.
Lee
,
G. S.
Lee
,
K. P.
Daly
,
M. S.
Wire
,
J. A.
Luine
, and
M.
Urbanik
,
Appl. Phys. Lett.
53
,
2677
(
1988
).
5.
R. A.
Rao
,
Q.
Gan
,
C. B.
Eom
,
R. J.
Cava
,
Y.
Suzuki
,
J. J.
Krajewski
,
S. C.
Gausepohl
, and
M.
Lee
,
Appl. Phys. Lett.
70
,
3035
(
1997
).
6.
S. G.
Ghonge
,
E.
Goo
,
R.
Ramesh
,
T.
Sands
, and
V. G.
Keramidas
,
Appl. Phys. Lett.
63
,
1628
(
1993
).
7.
K. M.
Satyalakshmi
,
R. M.
Mallya
,
K. V.
Ramanathan
,
X. D.
Wu
,
B.
Brainard
,
D. C.
Gautier
,
N. Y.
Vasanthacharya
, and
M. S.
Hegde
,
Appl. Phys. Lett.
62
,
1233
(
1993
).
8.
R. J.
Zeches
 et al.,
Science
326
,
977
(
2009
).
9.
S.
Jin
,
T. H.
Tiefel
,
M.
McCormack
,
R. A.
Fastnacht
,
R.
Ramesh
, and
L. H.
Chen
,
Science
264
,
413
(
1994
).
10.
M. A.
Novojilov
,
O. Yu.
Gorbenko
,
I. E.
Graboy
,
A. R.
Kaul
,
H. W.
Zandbergen
,
N. A.
Babushkina
, and
L. M.
Belova
,
Appl. Phys. Lett.
76
,
2041
(
2000
).
11.
M.
Kamei
,
T.
Miyagi
, and
T.
Ishigaki
,
Chem. Phys. Lett.
407
,
209
(
2005
).
12.
A. T.
Findikoglu
,
Q. X.
Jia
,
X. D.
Wu
,
G. J.
Chen
,
T.
Venkatesan
, and
D. W.
Reagor
,
Appl. Phys. Lett.
68
,
1651
(
1996
).
13.
L. A.
Knauss
,
J. M.
Pond
,
J. S.
Horwitz
,
D. B.
Chrisey
,
C. H.
Mueller
, and
R.
Treece
,
Appl. Phys. Lett.
69
,
25
(
1996
).
14.
K. S.
Takahashi
,
M.
Kawasaki
, and
Y.
Tokura
,
Appl. Phys. Lett.
79
,
1324
(
2001
).
15.
G.
Malandrino
,
A.
Frassica
, and
I. L.
Fragalà
,
Chem. Vap. Deposition
3
,
306
(
1997
).
16.
X. B.
Lu
,
Z. G.
Liu
,
X.
Zhang
,
R.
Huang
,
H. W.
Zhou
,
X. P.
Wang
, and
B.-Y.
Nguyen
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
36
,
3047
(
2003
).
17.
E.
Sader
,
H.
Schmidt
,
K.
Hradil
, and
W.
Wersing
,
Supercond. Sci. Technol.
4
,
371
(
1991
).
18.
K.
Kukli
 et al.,
Chem. Vap. Deposition
12
,
158
(
2006
).
19.
O. K.
Dmitri
,
D. G.
Schlom
,
H.
Li
, and
S.
Stemmer
,
Jpn. J. Appl. Phys., Part 2
44
,
L617
(
2005
).
20.
T. L.
Chu
,
M. H.
Francombe
,
G. A.
Gruber
,
J. J.
Oberly
, and
R. L.
Tallman
, Report No. AFCRL-65-574, Westinghouse Research Laboratories, Pittsburgh,
1965
).
21.
C. A.
Billman
,
R. A.
McKee
,
F. J.
Walker
,
M. F.
Chisholm
,
J.
Lettieri
, and
D. G.
Schlom
,
12th International Symposium on Integrated Ferroelectrics (ISIF 2000),
Aachen, Germany
(
2000
).
22.
W. F.
Xiang
,
H. B.
Lu
,
Z. H.
Chen
,
X. B.
Lu
,
M.
He
,
H.
Tian
,
Y. L.
Zhou
,
C. R.
Li
, and
X. L.
Ma
,
J. Cryst. Growth
271
,
165
(
2004
).
23.
J. W.
Reiner
,
A.
Posadas
,
M.
Wang
,
T. P.
Ma
, and
C. H.
Ahn
,
Microelectron. Eng.
85
,
36
(
2008
).
24.
T. Q.
Ngo
,
A.
Posadas
,
M. D.
McDaniel
,
D. A.
Ferrer
,
J.
Bruley
,
C.
Breslin
,
A. A.
Demkov
, and
J. G.
Ekerdt
,
J. Cryst. Growth
363
,
150
(
2013
).
25.
C. G.
Bischak
,
C. L.
Hetherington
,
Z.
Wang
,
J. T.
Precht
,
D. M.
Kaz
,
D. G.
Schlom
, and
N. S.
Ginsberg
,
Nano Lett.
15
,
3383
(
2015
).
26.
C. D.
Theis
and
D. G.
Schlom
,
J. Vac. Sci. Technol., A
14
,
2677
(
1996
).
27.
J.
Lettieri
,
J. H.
Haeni
, and
D. G.
Schlom
,
J. Vac. Sci. Technol., A
20
,
1332
(
2002
).
28.
H.
Li
 et al.,
J. Appl. Phys.
93
,
4521
(
2003
).
29.
M. P.
Warusawithana
 et al.,
Science
324
,
367
(
2009
).
30.
Z.
Wang
 et al., “Enhancement of crystalline quality of SrTiO3 on silicon,” APL Mater. (submitted).
31.
M. P.
Warusawithana
 et al.,
Nat. Commun.
4
,
2351
(
2013
).
32.
S.-H.
Baek
and
C. B.
Eom
,
Acta Mater.
61
,
2734
(
2013
).
33.
W.-F.
Xiang
,
H.-B.
Lu
,
Z.-H.
Chen
,
M.
He
, and
Y.-L.
Zhou
,
Chin. Phys. Lett.
22
,
1515
(
2005
).
34.
C. S.
Hellberg
,
K. E.
Andersen
,
H.
Li
,
P. J.
Ryan
, and
J. C.
Woicik
,
Phys. Rev. Lett.
108
,
166101
(
2012
).
35.
L. F.
Kourkoutis
,
C. S.
Hellberg
,
V.
Vaithyanathan
,
H.
Li
,
M. K.
Parker
,
K. E.
Anderson
,
D. G.
Schlom
, and
D. A.
Muller
,
Phys. Rev. Lett.
100
,
049901
(
2008
).
36.
37.
J.
Lettieri
,
Critical Issues of Complex, Epitaxial Oxide Growth and Integration with Silicon by Molecular Beam Epitaxy
(
Pennsylvania State University
,
University Park
,
2002
), p.
106
.
38.
M.
Nieminen
,
T.
Sajavaara
,
E.
Rauhala
,
M.
Putkonen
, and
L.
Niinistö
,
J. Mater. Chem.
11
,
2340
(
2001
).
39.
M. A.
Carpenter
,
T. W.
Darling
,
J. D.
Bass
,
D. L.
Lakshtanov
,
S. V.
Sinogeikin
, and
S. D.
Jacobsen
,
American Geophysical Union Fall Meeting
(
2006
).
40.
J. B.
Nelson
and
D. P.
Riley
,
Proc. Phys. Soc.
57
,
160
(
1945
).
41.
Y. S.
Touloukian
,
R.
Kirby
,
E.
Taylor
, and
T.
Lee
,
Thermal Expansion: Nonmetallic Solids, Volume 13 of Thermophysical Properties of Matter
(
Plenum
,
New York
,
1977
), p.
154
.
42.
B. C.
Chakoumakos
,
D. G.
Schlom
,
M.
Urbanik
, and
J.
Luine
,
J. Appl. Phys.
83
,
1979
(
1998
).
43.
L.
Zhang
and
R.
Engel-Herbert
,
Phys. Status Solidi RRL
8
,
917
(
2014
).
You do not currently have access to this content.