Бердянський державний
педагогічний університет
Дислокационный механизм порообразования в
монокристаллах n-InP
Пористые
полупроводники находят все более широкое применение в нано- и оптоэлектронике в качество излучателей, фотоприемников, сенсоров и др.,
а также благодаря перспективам создания устройств интегральной оптики, в
которых информация обрабатывается не только в электронном, но и в оптическом
виде. В частности, очень перспективным в этом аспекте является пористый InP, поскольку
энергетические параметры его монокристаллов очень близки к параметрам
монокристалла кремния, и на основе его легко изготовлять приборы интегральной
оптоэлектроники, совместимые с кремнием.
В данной работе
предложен простой и эффективный метод выявления внутренних дефектов
кристаллической решетки – типа дислокаций, который заключается в сопоставлении
процессов порообразования и дислокаций структуры в исходных монокристаллах n-InP с кристаллографической ориентацией (111).
В качестве
электролита использовался 48% раствор плавиковой кислоты (HF), этилового спирта
(C2H5OH) и воды в соотношении 1:2:1.
Рисунок демонстрирует
фрагмент поверхности (а) и скола (б) пористого образца n-InP, из которого четко
видно местоположение образования ядер пор. Края пор немного растянуты в
плоскости (111). Распределение плотности пор и местоположение ядер образования
пор очень неравномерно; наблюдается существенная их негомогенность. Поверхность
является мезопористой (диаметр пор составляет от 100 до 600 нм). Пористые слои
с выраженной в глубину образца анизотропной структурой формируются порами,
которые распространяются от поверхности и ветвятся в объеме преимущественно
вдоль кристаллографической оси [111] по направлениям А или В (преимущественно).
Затравками пор служат дислокации, которые является 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 создания облака Котрелла
[1]. Известно, что дислокации существенно влияют на механические свойства
кристаллов благодаря нарушению регулярности кристаллической решетки в ядре
дислокации. Такая ситуация приводит к уменьшению внутренней энергии кристалла,
а поэтому, и к ослаблению химической стойкости вещества в ядре дислокации и
вблизи него. При травлении монокристаллов n-InP вдоль кристаллографической оси [111]
наблюдалась тенденция к группированию пор в симметричные скопления вокруг
зародышевых пор, которые возникли раньше и связаны с выходом на (111)
поверхность дислокаций и микро-, нанотрещин.
а) б)
Места
выхода дислокации на поверхность кристалла служат центрами реакции.
Автокаталитическое развитие процесса растворения усиливает подавляющий характер
травления в области выхода дислокаций. Все это приводит к образованию на
поверхности кристалла вокруг выхода дислокации так называемой "ямки
травления". Симметрия и периодичность ансамбля
пор повторяет симметрию и периодичность дефектной структуры полупроводника,
который возникает в его приповерхностном слое [2].
Расчет плотности
дислокаций исследуемого кристалла InP в местах скопления дислокаций дал
значение 2х106 см-2. В областях, менее заполненных
порами, плотность дислокаций составляла
~ 104 см-2. Этот результат хорошо согласовывается
с паспортными данными образцов InP, полученными от производителя (компания
«Molecular Technology GMBH») – плотность дислокаций составляет 106 и
104 см-2 в местах скопления дислокаций и в областях, где
концентрация дислокаций значительно меньше соответственно.
Таким образом,
установлено, что плотность входных отверстий пор, также как и степень
пористости макроскопически однородных пористых слоев варьируются в широком
диапазоне величин в зависимости от материала полупроводника, ориентации
поверхности, уровня легирования, типа присутствующих в растворе анионов и
условий анодирования. Площади, занятые отверстиями пор, могут составлять до
нескольких десятков процентов от площади начальной поверхности [3].
Неоднородность в распределении пор по
поверхности образца InP обусловлена наличием дефектов на поверхности исходного
монокристалла и наличием термоупругих напряжений.
Литература
[1] Сычикова Я.А. Влияние
дислокаций на процесс порообразования в монокристаллах n-InP (111) / Я.А. Сычикова,
В.В.Кидалов, Г.А. Сукач // Физика и техника полупроводников. – 2011. – т.
45, № 1. - С. 123 – 126.
[2]
Сичікова
Я.О. Дефекти структури та
процеси пороутворення у фосфіді індію: монографія / Я.О. Сичікова, В.В.
Кідалов, Г.О. Сукач — Донецьк:
Юго-Восток, 2011. — 218 с.
[3]. Пат.
93456 Україна, МПК(2006): G01N 27/00. Спосіб дослідження смуг
сегрегації домішки фосфіду індію шляхом селективного електрохімічного травлення
/ Сичікова Я.О., Кідалов В.В., Сукач
Г.О.; заявник та патентовласник Сичікова Я.О. – № a200911327; 
заявл.
06.11.2009; опубл. 10.02.2011,
Бюл. № 3/2011.