Сычикова Я.А.

Бердянский государственный педагогический университет

Самоорганизация роста пор фосфида индия при фотоэлектрохимической обработке

в растворах кислот

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. Площадь пористой поверхности в миллионы раз больше площади монокристалла. Это удивительное свойство позволяет оценить преимущество пористых слоев для использования их в изготовлении сенсоров и солнечных батарей. Электрохимические методы обработки полупроводников и, в частности, фосфида индия по-прежнему рассматриваются как весьма перспективные [1, 2]. Формирование глубоких отверстий заданной формы в монокристаллическом фосфиде индия часто необходимо при изготовлении микромеханических датчиков на его основе. При этом глубина отверстия должна составлять не менее нескольких десятков микрон, а уход линейных размеров по глубине должен быть минимальным. Другими словами, необходимо обеспечить вертикальность стенок отверстия по всей глубине. С другой стороны, как показали исследования механизма формирования пористого InP, рост поры начинается в той точке поверхности пластины, в которой по какой-либо причине наблюдается высокая локальная концентрация дырок. При этом стенки поры остаются вертикальными до тех пор, пока не изменяется режим формирования или (и) структура самой пластины. Очевидно, что необходимую локальную концентрацию дырок можно создать только в том случае, если они не являются основными носителями, т.е. в фосфиде индия n- типа.

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.

Так как энергия кванта света (видимое излучение) больше ширины запрещенной зоны полупроводника InP (1.344 eV), то в приповерхностной зоне происходит генерация неосновных носителей, это приводит к изменению потенциала полупроводника. При поглощении света полупроводником InP р-типа в приповерхностной области образуются электроны и дырки. Из-за искривления зонной диаграммы на границе раздела «полупроводник-электролит» дырки уходят вглубь полупроводника, а электроны накапливаются на поверхности. Возникшие на поверхности электроны взаимодействуют с монокристаллом InP. В результате на поверхности образуются свободные атомы фосфора. Образующиеся свободные атомы индия и фосфора уходят в раствор, при этом происходит процесс образования пор.

Рис.1 демонстрирует морфологию пористого образца p-InP, полученного в 5% растворе соляной кислоты при плотности тока 150 мА/см², время травления 15мин. Размер пор составляет приблизительно 30 – 60 нм. Поры проросли по всей поверхности слитка без выделенных мест скопления. В некоторых местах можно наблюдать массивные отверстия, размером до 200 нм. На наш взгляд, подобные поры обязаны своим появлением выходу на поверхность кристалла дислокаций и микродефектов, места возникновения которых являются благоприятными для образования пор. Методом EDAX был установлен химический состав элементов на поверхности данного образца. 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.1. Морфология пористого p-InP, полученного в 5% растворе соляной кислоты при плотности тока 150 мА/см², время травления 15мин, дополнительный режим – освещение вольфрамовой лампой.

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.

Литература

1. Suchikova Y.A. Morphology of porous n-InP (100) obtained by electrochemical etching in HCl solution / Y.A. Suchikova, V.V. Kidalov, G.A. Sukach // Functional Materials. – 2010. – Vol.17, №1. – P. 1 – 4.

2. Сычикова Я.А. Влияние типа аниона электролита на морфологию пористого InP, полученного методом электролитического травления / Я.А. Сычикова, В.В.Кидалов, Г.А. Сукач // Журнал нано- і електронної фізики – 2009. – Т. 1, № 4. – С. 69 – 77.