Сычикова
Я.А., Кидалов В.В., Балан А.С., Коноваленко А.А.
Бердянский
государственныйпедагогический
университет
Формирование пористой структуры p-InP
Фосфид индия – технологически важный материал для создания лазеров, диодов,
солнечных батарей. В настоящее время особое внимание уделяется изучению свойств
пористого InP,
так как он является очень важным материалом для создания свето-эмиссионных
диодов и солнечных батарей. В данной работе рассматривается механизм получения
регулярной пористой структуры р-InP, который заключается в
использовании метода фотоэлектрохимического травления. Благодаря использованию
режима освещенности образцов во время анодизации становится возможным получить
регулярную равномерную сетку макропор на поверхности фосфида индия р-типа.
Для эксперимента были выбраны образцы монокристаллического р-InP,
выращенные по методу Чохральского в лаборатории компании «Molecular Technology GmbH» (Берлин). Толщина образцов 1мм. Пластины были вырезаны
перпендикулярно оси роста и отполированы с обеих сторон. Кристаллы подвергались
механической и химической полировке. Ориентация поверхности выбранных
пластин (100). Образцы легировались Zn до
концентрации носителей заряда 2,3х1018
см-3.
В
качестве электролита был выбран раствор
соляной кислоты (концентрация кислоты в воде 2,5%, 5%, 7%, 10%, 15%, 20%).
Эксперимент проводился при комнатной температуре. Образцы освещались
вольфрамовой лампой мощностью 200Вт на расстоянии 10 см от поверхности образца,
освещенность пластин была равномерной со всех сторон.
Следует
отметить, что при тралении n-InP
формирование пористой структуры наблюдается при разных концентрациях
электролита, времени, плотности тока. Принципиально отличалось поведение кристаллов p-типа
во время электрохимического травления при тех же условиях. Удалось получить
пористую структуру удовлетворительного качества только при использовании
соляной кислоты (концентрация не меньше 5%) при плотностях тока 100-200мА/см2
и времени травления от 15 мин и выше. При этом использовался режим
дополнительного освещения образцов вольфрамовой лампой во время
электролитического травления.
Рис.1
демонстрирует морфологию пористого образца p-InP,
полученного в 5% растворе соляной кислоты при плотности тока 150мА/см2,
время травления 15мин. Размер пор составляет приблизительно 30 – 60 нм, степень
пористости 30%. Поры проросли по всей поверхности слитка без выделенных мест
скопления. В некоторых местах можно наблюдать массивные отверстия, размером до
200нм. На наш взгляд, подобные поры обязаны своим появлением выходу на
поверхность кристалла дислокаций и микродефектов, места возникновения которых являются благоприятными для
образования пор.
Рис.1.
Морфология пористого p-InP,
полученного в 5% растворе соляной кислоты при плотности тока 150мА/см2,
время травления 15мин, дополнительный режим – освещение вольфрамовой лампой.
Методом EDAX был установлен химический
состав элементов на поверхности данного образца (рис.2). По результатам этих
данных можно сделать вывод, что на поверхности пористого p-InP не
образовалось плотной окисной пленки, также не наблюдается наличие элементов,
входящих в состав травителя. Однако во время травления была нарушена
стехиометрия исходного кристалла: индий присутствует в большей концентрации,
чем фосфор.
Рис.2. Химический состав элементов на поверхности пористого p-InP
При травлении р-InP без использования режима освещения, резкого повышения
анодного тока не наблюдалось. Это говорит о том, что процесс травления не
сопровождался активным порообразованием. Подтверждением этого факта может
служить также и морфология поверхности, снятая на СЕМ. Отсюда следует, что
одним из определяющих факторов, ответственного за образование пор р-InP в
растворе соляной кислоты, является использование подсветки образцов во время
травления.