Сычикова Я.А., Кидалов В.В., Балан А.С., Коноваленко А.А.

Бердянский государственныйпедагогический университет

Влияние дислокаций на формирование пористой структуры фосфида индия

Пористые полупроводники привлекают внимание многих исследователей благодаря относительно простой технологии их получения, возможности управления геометрическими параметрами пор от нанометровых до микроразмерных объектов, а также перспективами создания комбинированных оптоэлектронных устройств, в которых информация обрабатывается не только в электронном, но и в оптическом виде.

Интерес к изучению дефектов кристаллов и их влияния на формирование пористых слоев полупроводников возрос из-за требований, предъявляемых к чистоте и совершенству кристаллов, любое отклонение от которых ведет к появлению дефектности. Внешние условия являются определяющим фактором, благодаря которым поверхность кристалла во время травления изменяет свою форму, морфологию, что выражается на гранях в виде штриховки, фигур травления и т.д. Таким образом, дефект – это информация о событиях, происшедших с данным кристаллом и о факторах, определяющих поведение кристалла во время анодного травления.

Остаются нерешенными вопросы, связанные с методами получения пористых структур InP, механизмами их формирования и зависимостью условий порообразования от внутренних дефектов и несовершенств кристаллов. В данной работе рассмотрено методику получения пористых слоев на (111)-поверхности фосфида индия n-типа, а также влияние дефектов и дислокаций на конфигурацию и структуру полученных при этом пористых слоев n-InP.

Пористая поверхность InP была получена путем анодного электролитического травления. В качестве электролита был выбран раствор плавиковой кислоты, воды и этанола в соотношении 1:1:2. Плотность тока регулировалась в диапазоне от 5 до 100 мА/см², время травления было 5-15 минут.

Рис. 1 демонстрирует неравномерность распределения пор по поверхности кристалла. Видно, что после электролитического травления на поверхности образцов появились темные и светлые полосы, которые видны невооруженным глазом. С использованием растровой электронной микроскопии (РЭМ) удалось установить, что темные полосы – это места более плотного скопления пор – ямок травления. Травление происходило локально именно в областях дефектов структуры кристалла.

Рис.1. Морфология поверхности пористого n-InP

Ширина каждой полосы составляла приблизительно 100 мкм. Темные полосы имеют четкие внешние границы, тогда как границы, направленные внутрь кристалла более размыты. Полосчатая неоднородность распределения компонентов - очень широко распространенное явление при выращивании монокристаллов методом Чохральского. Также можно наблюдать увеличение концентрации входных отверстий пор по направлению от центра к периферии кристаллов. Формированию сплошной границы сращивания могут препятствовать упругие дальнодействующие напряжения. Источниками этих напряжений являются области композиционной и структурной неоднородности – полосы сегрегации примеси и скопления дефектов кристаллической структуры.

Глубина пор зависит от дефектности материала в местах их формирования. Затравками пор служат дислокации, которые являются источниками упругих механических напряжений, порождая вокруг себя упругие деформации. Упругие взаимодействия исходных дислокаций с точечными дефектами кристаллической структуры приводят к повышению концентрации остаточных дефектов вблизи оси дислокации и образованию облака Котрелла. При травлении монокристаллов n-InP вдоль кристаллографической оси наблюдается тенденция к группированию пор в симметричные скопления около зародышевых пор, которые возникли раньше и связаны с выходом на (111) поверхность дислокаций и микротрещин.

В ряде случаев имеет место электрохимическое действие примесных атомов кристалла на процессы растворения в области выхода дислокации на поверхность, так как преимущественная локализация примеси часто осуществляется в области линий дислокаций. Симметрия и периодичность ансамбля пор повторяет симметрию и периодичность дефектной структуры InP, которая возникает в приповерхностном слое полупроводника.

При изучении наноструктур пористых слоев установлены особенности механизмов порообразования для исследуемых образцов n-InP, которые обусловлены выходом дислокаций на (111) поверхность и ростом пор как вдоль поверхности, так и перпендикулярно ей. Оценка химического состава поверхности пористых слоев InP показала, что поры не заполняются электролитом; компонентный состав поверхности пористого материала полупроводника составляют продукты неполного окисления полупроводника, возникающие при его взаимодействии с ионами раствора электролита.