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

Бердянский государственный педагогический университет

Влияние поверхностных эффектов на излучение пористого фосфида индия

В последнее время технология получения наноразмерных полупроводников быстро развивается и является наиболее актуальной областью в материаловедении. Низкоразмерные полупроводники являются предметом активных исследований благодаря модифицированным оптическим и электрическим свойствам, обусловленным квантово-размерными эффектами, имеющими место в наноразмерных структурах. Получение одномерных наноструктур открывает возможности создания нового класса электронных, оптических и механических наноприборов.

Нами исследовались спектры фотолюминесценции пористых образцов InP, полученных в растворе электролита, приготовленном на основе соляной и азотной кислот. Морфология данных структур приведена на рис. 1.

Рис. 1. Морфология пористого фосфида индия а

Анализ спектров ФЛ показал коротковолновое смещение ширины запрещенной зоны. После обработки образцов в нитриде серебра спектр фотолюминесценции сместился в длинноволновую область спектра, на основании чего авторы работы сделали вывод о влиянии поверхностных эффектов на процессы излучательной рекомбинации полупроводника. Дело в том, что на поверхности пористого материала имеются оборванные связи, которые появляются в следствие незаселенности верхних уровней атомов. Такая поверхность является химически и электрически нестабильной. Поэтому изучение вклада оборванных связей (так называемого поверхностного эффекта) в процессы излучения полупроводника является важным моментом, так как подобные структуры могут демонстрировать изменение спектров ФЛ со временем. Такой процесс назван эффектом старения. Нитридирование поверхности изменяет границы светимости материала, однако позволяет закрепить его свойства, предотвращая деградацию спектров ФЛ.

Таким образом, обнаруживается четкая зависимость между состоянием поверхности пористого фосфида индия, степенью пористости, размером нанокристаллитов и его оптическими свойствами. Все это демонстрирует важность детального изучения механизмов порообразования фосфида индия, влияния условий травления на конфигурацию пористой поверхности. Представляется весьма актуальным обнаружение оптимальных условий анодирования для получения качественных пористых структур. В этом направлении некоторые группы ученых уже ведут свои исследования.

Решающим фактором в формировании пористой поверхности играет процесс пассивации поверхности. Стенки пор должны так или иначе пассивироваться против растворения, иначе будет наблюдаться только однородное растворение. На чистой поверхности у каждого атома есть по крайней мере два несвязанных атома. Пары соседних атомов пытаются связаться друг с другом в определенном порядке. В результате у каждого атома остается один свободный электрон. Такой электрон намного легче может быть передан в зону проводимости, например, тепловой активацией или достаточно высоким напряжением, по сравнению с электроном в валентной зоне.

Эти виды поверхностных электронов очень важны во время анодного травления полупроводников в темноте, так как при достаточно больших приложенных напряжениях это может привести к лавинному процессу образования отверстий, который в свою очередь может вызвать однородное растворение поверхности или образование пор.

Однако если несвязанный атом насыщаются водородным атомом, то энергия электрона понизится, уменьшая, таким образом, вероятность лавинообразного растворения поверхности. Любое такое насыщение называется пассивацией поверхности и часто наблюдается в твердо-жидких средах. Следует отметить, что данные заключения о пассивации поверхности полупроводника во время травления можно рассматривать как одну из вероятных моделей порообразования в кристаллах.