Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы и постановка задачи исследования 8
1.1. Пористая подложка как метод снижения напряжений в гетероструктуре. 8
1.2. Пористые подложки полупроводниковых материалов 11
1.3. Методы получения эпитаксиальных слоев соединений АЗВ5 15
1.4. Моделирование процессов получения слоев 20
1.4.1. Расчет основных параметров твердых растворов 22
1.4.2. Ограничения на получение твердых растворов 26
1.4.3. Фазовые равновесия в многокомпонентных системах 30
1.4.4. Влияние кристаллографической ориентации подложки на состав эпитаксиальных слоев 39
1.5. Постановка задачи исследования 43
1.6. Выводы 44
Глава 2. Расчет основных параметров и диаграмм состояния многокомпонентных гетеросистем АЗВ5 45
2.1. Определение основных электрофизических параметров многокомпонентных твердых растворов GalnAsP в зависимости от состава 46
2.2. Расчет когерентной фазовой диаграммы для псевдоморфного четверного твердого раствора GalnAsP с учетом ориентационного влияния подложки 48
2.2.1 Равновесная фазовая диаграмма 48
2.2.2. Когерентная фазовая диаграмма 51
2.2.3. Фазовая диаграмма с учетом ориентационного влияния подложки 55
2.3. Выводы 69
Глава 3. Получение методом ЖФЭ эпитаксиальных слоев полупроводниковых материалов 70
3.1. Аппаратурное оформление процессов ЖФЭ 71
3.2. Подготовка исходных материалов 76
3.3. Методические особенности процессов ЖФЭ 80
3.4. Выращивание эпитаксиальных слоев фосфида индия и твердых растворов GalnAsP 85
3.5. Особенности кристаллизации эпитаксиальных слоев на подложках пористого фосфида индия 88
3.6. Выводы 91
Глава 4. Исследование свойств эпитаксиальных слоев и приборных структур на их основе 93
4.1. Методики исследования полученных эпитаксиальных слоев и гетероструктур 93
4.2. Свойства пористого фосфида индия 97
4.3. Свойства эпитаксиального слоя фосфида индия 105
4.4. Свойства гетероструктур GalnAsP/InP 109
4.5. Свойства диодов Шоттки на основе фосфида индия 121
4.6. Выводы 131
Заключение 133
Литература 137
- Пористые подложки полупроводниковых материалов
- Расчет когерентной фазовой диаграммы для псевдоморфного четверного твердого раствора GalnAsP с учетом ориентационного влияния подложки
- Подготовка исходных материалов
- Свойства пористого фосфида индия
Введение к работе
Актуальность темы. Использование тонкопленочных гомо- и гетероэпитаксиальных структур на основе соединений АЗВ5 в электронных приборах различных типов предъявляет повышенные требования к их структурному совершенству и стабильности [1,2,3].
Такие требования наиболее существенны для материалов? используемых при создании СВЧ диодов с барьером Шоттки, диодов Ганна и полевых транзисторов, что выдвигает в число фундаментальных проблем разработку новых методов получения эпитаксиальных структур и приборов на их основе.
Одним из методов является эпитаксиальное выращивание на «мягких» пористых подложках полупроводников АЗВ5. Наличие пористого подслоя позволяет существенно снизить внутренние механические напряжения в получаемых структурах, обусловленные несоответствием параметров решетки и коэффициентов термического расширения, и повысить качество получаемых слоев.
Использование многокомпонентных твердых растворов на подобных подложках позволит получить приборы с более высокими характеристиками по сравнению с традиционными приборами. Использование четырехкомпонентных твердых растворов, позволит создавать гетероструктуры со свойствами более полно отвечающим необходимым требованиям. Наличие двух степеней свободы позволяет задавать такие параметры как параметр решетки, ширину запрещенной зоны, коэффициент температурного расширения [4], зонная структура [5].
Таким образом, диссертационная работа, посвященная разработке технологии выращивания на пористых подложках фосфида индия, а также получения гетероструктур на основе четверных твердых растворов для СВЧ
техники, является актуальной как с научной, так и с практической точки зрения.
Целью настоящей работы являлось определение оптимальных технологических режимов эпитаксии на пористых подложках фосфида индия, а также получения и исследование особенностей кристаллизации твердых растворов GalnAsP изопериодных фосфиду индия.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
• Исследование структурных свойств пористых подложек;
• Определение технологических особенностей процессов жидкофазной эпитаксии (ЖФЭ) на пористых подложках;
• Учет свободной межфазной энергии при моделировании фазовых равновесий;
• Расчет фазовых равновесий в системах GalnAsP и определение условий кристаллизации в процессе ЖФЭ.
Научная новизна полученных в работе результатов состоит в следующем:
Впервые комплексно определены условия технологических процессов роста слоев InP, GalnAsP на пористых подложках фосфида индия;
• На основе представлений о межфазной энергии границы раздела жидкость - твердая фаза представлена теоретическая модель расчета фазовых равновесий, учитывающая влияние кристаллографической ориентации подложки на состав многокомпонентного твердого раствора на основе InP.
• Рассчитаны режимы роста и получены качественные слои GalnAsP изопериодные подложкам InP на пористом материале;
• Проведен сравнительный анализ электрофизических и структурных свойств слоев InP, GalnAsP выращенных на монокристаллических и пористых подложках фосфида индия;
Основные научные положения, выносимые на защиту.
• При процессах жидкофазного выращивания на подложках пористого фосфида индия для освобождения пористого подслоя от продуктов электрохимического процесса формирования пор обязательной является дополнительная операция низкотемпературного отжига при Т=250-300°С;
• Для получения качественных слоев многокомпонентных твердых растворов на подложках пористого фосфида индия необходимо выращивать буферный слой эпитаксиального фосфида индия толщиной 0.5 мкм для исключения влияния модифицированной поверхности подложки;
• Оптимальная величина переохлаждения при выращивании твердых растворов GalnAsP на подложках пористого фосфида индия составляет 10-12 К.
• Применение пористых подложек фосфида индия уменьшает рассогласование гетероструктуры GalnAsP/InP (при толщине буферного слоя 0.5 мкм) в 2 раза при рассогласовании в диапазоне а 0.005;
• Значения обратных токов СВЧ диодов Шоттки, изготовленных на основе гомоструктур фосфида индия, выращенных на пористых подложках, меньше чем у диодов, выполненных на традиционных структурах, в 20 раз;
На пористой: 1обр=0.3нА при V=10B;
На монокристаллической: 10бр=6 нА;
Практическая ценность результатов работы.
• Определены режимы технологического процесса жидкофазной эпитаксии многокомпонентных твердых растворов на пористых подложках фосфида индия: условия низкотемпературного отжига,
подобрана толщина буферного слоя, необходимые значения переохлаждения жидкой фазы;
• Предложена модель фазовых равновесий, учитывающая кристаллографическую ориентацию подложки;
• Получены гомоструктуры InP и на их основе созданы СВЧ диоды Шоттки со следующими характеристиками:
На пористой: 1ОбР=0.3 нА, Vnpo6=27B;
На монокристаллической: 10бр=6нА, VnpO6=20B;
Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались и обсуждались на семинарах и конференциях кафедры микроэлектроники ВИ(ф) ЮРГТУ (НПИ), The Thirteenth International Conference on Crystal Growth in Conjunction with the Eleventh International Conference on Vapor Growth and Epitaxy ICCG-13/ICVGE-ll (Kyoto, Japan, 2001), 6h International Conference on Intermolecular Interaction in Matter IIM6 (Gdansk, Poland, 2001),Fifth ISTC Seminar (St. Petersburg, 2002), VIII всероссийское совещание по высокотемпературной химии силикатов и оксидов (Санкт - Петербург, 2002).
Публикации. По результатам исследований опубликовано 14 печатных работ, в которых изложены основные положения диссертации. Основные результаты получены автором самостоятельно.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов и списка используемой литературы, содержит 143 страницы машинописного текста, 34 иллюстрации, 9 таблиц. Библиография включает 77 названий.
Пористые подложки полупроводниковых материалов
Более сорока лет назад при изучении анодного травления монокристаллического кремния во фторидных электролитах было обнаружено необычное явление, заключающееся в образовании массива протяженных каналов субмикронного сечения (пор), прорастающих в объем полупроводника [6]. Значительно позже было обращено внимание на аналогичное электрохимическое поведение кристаллов А3В5[7], наблюдающееся не только во фторидных, но и в других галогенидных электролитах [8,9] и электролитах с некоторыми оксианионами [10]. Феноменологически, порообразование, развивающейся на изначально однородной поверхности полупроводникового кристалла, обусловлено спонтанным распадом сплошного фронта электрохимической реакции с выделением системы дискретных микроскопических областей; устойчиво воспроизводящиеся при удалении от внешней границы раздела фаз.
Наблюдения, полученные при изучении пористых слоев А3В5 с помощью оптической и электронной микроскопии, данные микрорентгеноспектрального анализа, а также результаты сопоставления убыли веса кристаллов непосредственно после электрохимической обработки и после прогрева в водороде при 400 - 450С привели к неожиданному выводу - ни в одном из исследованных случаев формирования пористых структур, растворы, использовавшиеся для анодирования не проникали непосредственно в образующиеся поры. Ни в самих порах, ни в макроскопических по размерам (десятки мкм) полостях, часто возникающих в объеме пористых слоев при излишне высоких плотностях тока и продолжительных временах обработки, не обнаружено присутствия жидкой фазы. На изображениях, полученных в просвечивающем электронном микроскопе видно, что поры заполнены твердыми аморфными продуктами. В тех случаях, если поры формировались в галогенидных электролитах, можно было визуально проследить испарение этих продуктов из пор под действием нагрева, вызванного фокусировкой электронного пучка.
Химический микрорентгеноспектральный анализ пористых слоев не показал наличия в их составе катионных компонентов, присутствовавших в электролитах, не обнаруживались также элементы, атомы которых входили в состав сложных оксианионов. Так например, в пористом InP, полученном в близком к насыщенному растворе КВг, не найдено калия, но присутствует бром [9]
Химический анализ единственного конденсирующегося продукта испарения из пористых слоев InP, полученных анодированием в водном растворе КВг, показал наличие в нем индия, брома и фосфора. Интересно, что анализируемый бесцветный конденсат тоже не растворялся в воде и не имел запаха, но при растворении в азотной кислоте обнаружилось выделение фосфина.
В условиях, когда порообразование оказывается доминирующим электрохимическим процессом, протекающим при заданной величине поляризующего напряжения на монокристаллическом полупроводниковом аноде, стационарная конфигурация поверхности пористого слоя формируется к моменту достижения максимальной плотности тока. При напряжениях, немногим превосходящих Uc происходит медленное (минуты, десятки минут) увеличение количества входных отверстий пор на поверхности анодируемых кристаллов. Вновь возникающие поры группируются вокруг отдельных, и обычно более крупных, исходных пор, связанных с выходами на поверхность протяженных кристаллических дефектов, - дислокаций и микротрещин. Расширяющиеся на поверхности участки, занятые порами, часто приобретают геометрическую форму, отражающую кристаллическую симметрию этой поверхности. Следует отметить, что вблизи Uc скорости продвижения фронтов порообразования по поверхности оказываются ниже скоростей прорастания пор вглубь кристалла. Такое поведение, очевидно, указывает на различие в активационных барьерах зарождения пор на свободных от дефектов участках кристаллических поверхностей и продвижения сформировавшихся каналов в объеме кристалла. В то же время, при напряжениях смещения в несколько раз превышающих Uc, плотность входных отверстий пор, появившихся в течение десятых долей секунды на начальной стадии электрохимического взаимодействия, не меняется в ходе дальнейшего процесса, протекающего уже исключительно в объеме кристалла. При этом скоплений пор; связанных с выходами на поверхность отдельных дефектов уже не возникает. На той же переходной стадии взаимодействия полупроводника с электролитом формируется рельеф поверхности в областях между выходами пор. Детальное изучение морфологии поверхности пористых кристаллов с помощью атомно-силовой микроскопии выявило изменения на нанометровом уровне профиля незатронутых порообразованием элементов поверхности. Глубина появляющегося при U »UC относительно однородного микрорельефа обычно не превышает 10 - 15 нм. Очевидно, что с процессами, вызывающими модификацию рельефа поверхности связано, и изменение ее химического состава, которое, в частности, проявляется в образовании гидрофобных пассивирующих пленок на поверхностях.
Плотность входных отверстий пор, также как и степень пористости сплошных пористых слоев варьирует в широких пределах в зависимости от материала полупроводника, ориентации поверхности, уровня легирования, типа порообразующих анионов и условий анодирования. В областях однородного распределения пор по поверхности кристаллов А3В5 плотности входных отверстий могут меняться для разных материалов и условий анодирования от 10 см- до нескольких единиц на 10 см- . Оценки доли поверхности, занятой порами показывают, что эта величина может составлять десятые или единицы процентов, и редко превышает 10%. В то же время, объемная степень пористости способна достигать 60 -70%. При. этом, не существует даже однозначной корреляции между плотностью входных отверстий и плотностью пор в объеме кристаллов. Такое несоответствие объясняется различиями в характере и интенсивности ветвления пор под поверхностью, а также эффектом отражения движущихся наружу фронтов вторичных каналов пор от слоя объемного заряда, связанного с областями поверхности не вовлеченными в реакцию.
Расчет когерентной фазовой диаграммы для псевдоморфного четверного твердого раствора GalnAsP с учетом ориентационного влияния подложки
Для получения многокомпонентных твердых растворов методом жидкофазной эпитаксии необходимо иметь сведения о зависимости состава твёрдой фазы от состава жидкой; при различных температурах. Для построения соответствующих диаграмм состояния нужно также знать, особенности взаимодействия компонентов в системе.
Строго говоря [51], ни один из существующих методов расчета фазовых диаграмм (1.4.3) не обеспечивает той высокой точности, которая необходима для успешной практической реализации жидкофазной гетероэпитаксии изорешеточных рядов твердых растворов в четверных и пятерных системах. Связано это, в основном, с тем обстоятельством; что степень достоверности многих параметров (которые являются входными для основных методов) оставляет желать лучшего. Так или иначе, но существующие методики расчета фазовых равновесий в многокомпонентных системах АЗВ5 являются фактически, единственным средством получить наглядное и в целом правильное представление о ходе ликвидуса и солидуса в той или иной конкретной ситуации без проведения весьма трудоемких экспериментальных исследований.
При расчете фазовых диаграмм состояния в системах, с числом компонентов больше трех, первоначально широкое применение нашло приближение регулярных твёрдых растворов [32]. (Обобщение на произвольное число компонентов дано в [52]). В рамках этой модели твердая фаза предполагается, как идеальный раствор бинарных соединений, а жидкая фаза как регулярный раствор этих же веществ. Параметры взаимодействия между компонентами твердой фазы выбирались из расчётов для соответствующих трехкомпонентных систем.
В работе [53] Илегемс и Паниш использовали набор уравнений, основанный на представлении четверных твердых растворов в приближении простых растворов, при котором твердая фаза рассматривается как композиция тройных регулярных растворов, а жидкая как простой раствор бинарных соединений, параметры взаимодействия которого линейно зависят от температуры. Расчет дает хорошее согласие с экспериментом.
В настоящей работе анализ фазовых равновесий в четверной системе Ga-In-As-P также проводился в рамках модели простых растворов в квазирегулярном приближении жидкой и регулярном приближении твердой фаз.
В первой главе было отмечено, что повысить точность расчетов возможно, принимая во внимание влияние на фазовые равновесия упругих напряжений, которые появляются при несоответствии параметров решеток твердого раствора и подложки.
В общем случае гетероструктуру можно рассматривать как упорядоченную гетерофазную систему. При этом в случае сопряжения фаз с различающимися кристаллическими решетками имеет место взаимная аккомодация их периодов решеток за счет упругих смещений атомов из своих равновесных положений; В случае неупругих смещений происходит разрыв сплошности материала, обусловленный дислокациями несоответствия \ или; вакансиями, концентрирующимися на границах. Наличие когерентной границы в гетероструктуре при несоответствии периодов решеток материалов гетеропарьг приводит к возникновению в системе полей упругих напряжений, которые смещают все виды фазовых равновесий и существенно влияют на температуру фазовых превращений и характер кристаллизации, особенно на начальных стадиях жидкостной эпитаксии: [17]. Поскольку деформационная энергия всегда вносит положительный вклад в избыточную энергию смешения, в равновесии с упруго напряженным твердым раствором может находиться лишь пересыщенная; жидкая фаза. Пересыщение может быть достигнуто либо частичным растворением контактирующей твердой фазы, либо охлаждением системы на некоторую/ величину AT Если при переохлаждении на AT относительно температуры ликвидуса в жидкой фазе центры новой фазы не образуются, то пересыщенное состояние будет сохраняться до тех пор, пока сопряжение эпитаксиального слоя с подложкой остается когерентным: Равновесие, которое устанавливается между пересыщенной жидкой и напряженной твердой фазами- является-метастабильным и его можно описать когерентной диаграммой состояния [54]. Такая і диаграмма не является равновесной, ибо свободная энергия системы может быть понижена за счет релаксации упругих напряжений.
Подготовка исходных материалов
Для формирования жидкой фазы использовались высокочистые вещества: сурьма марки СУ-000, индий марки ИН-000 и нелегированные бинарные соединения InP, InAs, GaAs. Все материалы для приготовления шихты предварительно обезжиривались (кипятились в четыреххлористом углероде и ацетоне) и травились для удаления окисной пленки: Индий - 8 HNO3 HF при комнатной температуре 1—2 минуты; InP - НС1: 3 HN03 при температуре 70 - 80С; InAs - 5 HNO3: HF : СН3СООН при комнатной температуре; GaAs - H2SO4 : Н2О2 в кипящем растворе. Взвешивание компонентов производили на весах ВЛМ-1 (точность +/-0.05 мг), сурьму и индий на ВЛА-200-М. Для защиты рабочей поверхности подложки применялась пластина монокристаллического GaAs. Вырезанная по размеру полости в кассете (примерно на 1 мм больше подложки с каждой стороны) пластина шлифуется до придания равномерной матовости. После промывки остатки шлифовального порошка; удаляются механически с помощью ватного тампона со спиртом. Непосредственно перед эпитаксией пластина травится в НгС НгБОд в течение 15 - 30 сек рабочей стороной вверх. Подобная обработка необходима для исключения слипания подложки и защитной пластины между собой.
В качестве подложечного материала использовались монокристаллические пластины фосфида индия с кристаллографической ориентацией (100) с точностью не хуже 20", n-типа проводимости, которые были легированы серой (ФИЭС - 1в) и оловом (ФИЭО - 2а) до концентрации 2 10 . Пластины, предварительно механически - шлифованные и полированные, подвергались химическому травлению для удаления поверхностно-нарушенного слоя. Предростовая обработка осуществлялась по методике изложенной в [69]. В целом процесс подготовки подложек перед эпитаксией включал в себя следующие операции: обезжиривание поверхности пластин в органических растворителях, таких как этанол, ацетон, четыреххлористый углерод; травление в полирующем травителе, представляющем собой смесь НВг и насыщенного водного раствора К2СГ2О7, в соотношении 1:1 по объему, при комнатной температуре и интенсивном перемешивании в течение 30 сек рабочей стороной вниз. тщательная отмывка от травителя в холодной дистиллированной воде; обработка в Н3РО4 в течение 2 мин рабочей стороной вверх с целью удаления с поверхности ионов Вг; промывка в дистиллированной воде; сушка подложки в центрифуге.
Анод, представляет собой металлическую трубку, один из ее концов (рабочий) был обработан чистым индием для улучшения адгезии и контактных свойств, другой - подключен к струйному насосу для создания разрежения. Подложка, подготовленная вышеописанным образом, помещалась на рабочий контакт анода тыльной стороной, анод позиционировался таким образом, чтобы касание рабочей поверхности подложки электролитом осуществлялось на мениске.
В качестве электролитов использовались кислые (рН=0.5- 1.5) водные растворы фторидов (NH4F+HF), хлоридов (NH4C1+HC1) и бромидов (КВг+НВг). Напряжение на ячейке в импульсе в несколько раз превышали пороговые напряжения начала порообразования и составляли 7-ь10 В, время процесса составляло 20 - 25 сек. 3.3. Методические особенности процессов ЖФЭ.
Методологическое оформление технологических процессов выполненных в рамках данной работы имеет ряд моментов, определяемых свойствами используемых материалов и применением пористых материалов.
Эпитаксиальное наращивание проводили в изотермических условиях методом ступенчатого охлаждения (step-cooling technique). Главным достоинством процессов, проводимых в изотермических условиях, является возможность получения однородных по составу многокомпонентных эпитаксиальных слоев за счет сохранения постоянства коэффициентов распределения и компонентов раствора в процессе эпитаксиального наращивания.
Температурно-временной режим стандартного процесса приведен на Рис. 3.4а. Кассета с помещенными в нее подложкой и расплавами с навесками устанавливалась в реактор, который продувался 1-1.5 часа водородом для полного удаления воздуха. Далее осуществлялся прогрев всей системы при Тгом (температура превышает температуру ликвидуса на 15 -20С для лучшей растворимости компонентов) в течение часа {ktZ0Mrti) ДЛЯ отжига навесок и гомогенизации расплавов. Следующим этапом эпитаксии являлось быстрое охлаждение расплава со скоростью 2 град/мин до температуры роста и вывод системы на температурное плато. При температуре Траст (величина переохлаждения подбирается в соответствии с поставленными задачами) подложка приводилась в контакт с жидкой фазой. Время; роста (Atpocm=t43) определяется величиной реализованного переохлаждения и необходимой толщиной слоя. После удаления подложки из-под ростовой капли реактор выдвигался из печи и быстро охлаждался до комнатной температуры. 3.3. Методические особенности процессов ЖФЭ.
Методологическое оформление технологических процессов выполненных в рамках данной работы имеет ряд моментов, определяемых свойствами используемых материалов и применением пористых материалов.
Эпитаксиальное наращивание проводили в изотермических условиях методом ступенчатого охлаждения (step-cooling technique). Главным достоинством процессов, проводимых в изотермических условиях, является возможность получения однородных по составу многокомпонентных эпитаксиальных слоев за счет сохранения постоянства коэффициентов распределения и компонентов раствора в процессе эпитаксиального наращивания.
Температурно-временной режим стандартного процесса приведен на Рис. 3.4а. Кассета с помещенными в нее подложкой и расплавами с навесками устанавливалась в реактор, который продувался 1-1.5 часа водородом для полного удаления воздуха. Далее осуществлялся прогрев всей системы при Тгом (температура превышает температуру ликвидуса на 15 -20С для лучшей растворимости компонентов) в течение часа {ktZ0Mrti) ДЛЯ отжига навесок и гомогенизации расплавов. Следующим этапом эпитаксии являлось быстрое охлаждение расплава со скоростью 2 град/мин до температуры роста и вывод системы на температурное плато. При температуре Траст (величина переохлаждения подбирается в соответствии с поставленными задачами) подложка приводилась в контакт с жидкой фазой. Время; роста (Atpocm=t43) определяется величиной реализованного переохлаждения и необходимой толщиной слоя. После удаления подложки из-под ростовой капли реактор выдвигался из печи и быстро охлаждался до комнатной температуры.
Свойства пористого фосфида индия
Исследование конфигурации пористого подслоя проводилось методами сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) и атомно - силовой микроскопии. На рис. 4.2 по данным СЭМ представлен скол пористой подложки фосфида индия с ориентацией (100), подготовленной согласно технологии описанной выше (см. гл.З). Структура пористого подслоя, представляющего собой систему пор и перегородок, на данном образце четко выражена. Главное направление формирования пор ориентированно по нормали к поверхности. Хорошо различима сама ветвистая структура пор, видно, что плотность каналов обладает высокой равномерностью по всему сформированному подслою, а граница подслой - объем кристалла практически планарная.
Исследования, проведенные на силовом микроскопе, подтвердили данный факт и позволили определить примерный закон распределения размеров пор, показанный на рис. 4.4. Данные факты, позволяют говорить о пористом подслое, как о практически однородной системе поглощения механических напряжений и подтверждает возможность получения гетероструктур более высокого качества, по сравнению с традиционными для ЖФЭ структурами.
Исследования поверхности подложки со сформированным пористым подслоем показали, что исходная поверхность сингулярной грани практически утрачена, и произошло замещение ее системой вицинальных холмиков. Микрорельеф пористой подложки показан на рис. 4.5.Такая структура поверхности с обилием элементарных ступеней приводит к тому, что рост эпитаксиального слоя на начальных стадиях происходит без формирования пространственно разделенных зародышей новой фазы, по механизму встраивания адсорбирующихся компонентов в уже имеющиеся на поверхности ступени роста, что снижает энергию активации процесса зародышеобразования. Однако это же приводит к увеличению плотности дефектов в слое, выращенном непосредственно на пористой подложке, что вызывает необходимость обязательного выращивания буферного слоя фосфида индия непосредственно на пористой подложке для синтеза качественной гетероструктуры.
Для выявления особенностей і поверхностных рекомбинационных процессов на поверхностях, ограничивающих каналы пор, были проведены фотолюминесцентные исследования пористых подложек без эпитаксиальных слоев.
На рис. 4.6. представлен спектр ФЛ пористого и сплошного фосфида индия. Кривая спектра, отвечающая неотожженному образцу фосфида индия со сформированным пористым подслоем, носит шумовой характер. Данный факт, в совокупности с данными СЭМ (рис. 4.2), позволяет утверждать, что поверхность образца и объем пористого подслоя пассивированы продуктами электрохимического окисления.
Кривая спектра образца подвергнутого низкотемпературному отжигу имеет пик, лежащий в более низкоэнергетической области (около 1.26 — 1.27 эВ), чем сравнительный образец (сплошная подложка, Eg = 1.4 эВ). Этот пик отличается большой полушириной (106 мэВ) и достаточно высокой интенсивностью. Значительное уменьшение энергии пика в случае его зона -зонного происхождения может объясняться наличием высокой плотности локализованных состояний в запрещённой зоне, за потолком Ev, сокращающей ширину запрещённой зоны пористого фосфида индия. Отсутствие основой полосы фотолюминесценции фосфида индия может быть объяснено поглощением излучения в объеме пористого подслоя и переизлучением через образовавшиеся уровни в запрещенной зоне [73].
Рентгеноструктурное исследование также выявило некоторые особенности, присущие самому пористому материалу. КДО пористого фосфида индия представлена на рис. 4.7. Кривая качания кроме узкого пика, обусловленного высоким кристаллическим совершенством монокристаллического, материала подложки, имеет дополнительные побочные максимумы. Данное уширение спектра; определяется интерференцией основного излучения от кристаллографических плоскостей и излучения от плоскостей, ограничивающих каналы пор.
Эффект уширения обусловлен тем, что дифракционные кривые вблизи 1пР(004)-отражения для образцов, выращенных на пористых подложках, представляют собой суперпозицию когерентных компонент дифрагированного излучения: 1) монолитной части InP-подложки, 2) компоненты пористой части InP подложки, разупорядоченной порами. Сравним свойства эпитаксиальных слоев, выращенных в одинаковых технологических условиях на пористой и сплошной подложках.
