WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |
Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 2 Исследования структуры пористого фосфида галлия © Т.Н. Заварицкая, В.А. Караванский, А.В. Квит, Н.Н. Мельник Физический институт им. П.Н. Лебедева Российской академии наук, 117924 Москва, Россия Институт общей физики Российской академии наук, 117924 Москва, Россия (Получена 24 сентября 1996 г. Принята к печати 22 января 1997 г.) Впервые получены свободные пленки пористого GaP и исследована их микроструктура методами просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) и комбинационного рассеяния света (КРС). Результаты ПЭМ показали, что микроструктура пленок пористого GaP имеет сложное пространственное строение, но при этом локальная кристаллографическая ориентация сохраняется и соответствует исходной подложке. В спектре КРС обнаружены эффекты сужения полуширины пика LO-колебаний с одновременным сдвигом в низкочастотную область, которые могут быть удовлетворительно объяснены изменением плазмон-фононного взаимодействия в результате уменьшения концентрации носителей. Обнаружен также сдвиг частоты поверхностных колебаний пористого GaP в зависимости от локальных условий формирования пор. Показано, что принципиально возможно получить пористые слои без заметного покрытия поверхности пор окислами или другими продуктами электрохимической реакции.

Последние несколько лет внимание исследователей на поверхности пор нерастворимых продуктов реакции привлекают наряду с пористым Si и другие пористые (фторидов металлов), которые также могут давать вклад полупроводники [1]. Возможность использовать моно- в фотолюминесценцию.

кристаллические подложки с известными свойствами, В настоящей работе представлены результаты исотносительная простота технологии формирования и следования методами просвечивающей электронной минеобычные для исходного материала свойства пористых кроскопии (ПЭМ) и комбинационного рассеяния света слоев способствовали проведению многочисленных ис(КРС) структуры слоев пористого GaP, полученного следований, в особенности пористого Si. Однако пример электрохимическим травлением в электролите на основе пористого кремния также показал, что однозначная инортофосфорной кислоты. Показано, что в случае истерпретация свойств нанодисперсных полупроводников пользования ортофосфорной кислоты удается получить требует детального исследования как структуры оставсвободные пленки пористого GaP. В спектрах комбишегося после травления остова исходного объемного национного рассеяния от пористого GaP обнаружены материала, так и состояния поверхности, включая состав эффекты сужения пика LO-колебаний с одновременным и структуру адсорбатов [1–3]. Свойства пористого GaP низкочастотным его сдвигом, которые удовлетворительинтересны тем, что исходный материал, как и в случае Si, но объяснены изменением плазмон-фононного взаимоявляется непрямозонным и имеет подобное Si строение действия и согласуются с предложенным механизмом зонной структуры, что дает возможность использовать электрохимического травления. Обнаружен также сдвиг общий подход в интерпретации характерной для поричастоты колебания поверхностной моды в зависимости стых полупроводников интенсивной фотолюминесценот локальных условий формирования пор.

ции (ФЛ). В то же время, GaP является достаточно инертным материалом, слабо окисляется на воздухе и практически не взаимодействует с кислотами, поэтому Приготовление образцов и техника следует ожидать, что пористые слои на его основе будут эксперимента более стабильными и менее подверженными воздействию окружающей среды, чем пористый Si. Пористый В качестве основы электролита нами была выбрана GaP и процессы его формирования представляют также ортофосфорная кислота; в работе [7] указывается на и самостоятельный интерес с точки зрения материаловозможность ее использования в качестве химическоведения и электрохимических процессов на поверхности го травителя для выявления структуры дефектов без соединений AIIIBV.

образования нерастворимых осадков. Хотя для иницииВ предыдущих работах [4,5] было показано, что примерования реакции требуются температуры свыше 450C, нение электролита HF(49%) : C2H5OH в пропорции 1 : мы предположили, что приложение электрического поля (который применяется для создания пористого Si) для приведет к понижению этой температуры до комнатной.

GaP дает положительный результат в смысле возможДля лучшей растворимости продуктов реакции добавляности формирования пористого слоя, люминесцентные лась (в качестве комплексообразователя) уксусная кисвойства которого существенно отличаются от свойств слота. Использовался раствор ортофосфорной, уксусной исходной подложки. Однако дополнительное изучение работ по электрохимическим процессам на AIIIBV пока- кислот и этилового спирта в объемном соотношении зало [6], что электролит на основе HF не является опти- 1 : 1 : 2 и режим фиксированной плотности тока. Процесс мальным, так как существует возможность образования проводился в двухкамерной фторопластовой электрохи236 Т.Н. Заварицкая, В.А. Караванский, А.В. Квит, Н.Н. Мельник мической ячейке с рабочей областью поверхности ано- ект имеет многоуровневую структуру: пленка состоит из дирования 1 см2 и платиновыми электродами. Плотность элементов в виде ”соцветий” из шарообразных глобул, тока выбиралась в диапазоне 2 10 мА/см2. Были образованных радиально направленными ”лепестками”.

получены ”зеркально-гладкие” пористые слои GaP на Причем, несмотря на большой разброс углов ориентации кристаллических подложках GaP n-типа (легированных ”лепестков” глобулы, они являются ярко выраженными Te до концентрации порядка 3 · 1017 см-3) с ориентацией кристаллическими образованиями (без примеси аморф(100) и (111) как в виде слоев на поверхности под- ной фазы) с сохранением кристаллографической ориенложки, так и в виде свободных пленок. Для отделения тации, присущей исходной подложке (картина микродипленки от подложки, как и в случае пористого Si [8], фракции в изображаемой области приведена на вставке использовалось ступенчатое увеличение плотности тока к рис. 2). В свою очередь ”лепестки” также состоят из анодирования. Толщина свободных пленок составляла более мелких объектов с размерами в области величину от 8 до 15 мкм. После травления образцы (рис. 3).

предварительно отмывались в этиловом спирте, с после- На рис. 4–6 приведены спектры КРС различных образдующей сушкой в струе воздуха. Перед измерениями для цов пористого GaP и, для сравнения, исходного моностабилизации свойств образцы подвергались ”старению” кристаллического GaP. Спектры для исходного монокрив естественных условиях (на воздухе при комнатной сталла GaP хорошо известны [9] и содержат 1 или температуре) от нескольких дней до месяца. пика (367 и 403 см-1), в зависимости от ориентации Спектры КРС регистрировались на оснащенном ми- поверхности и соответствующих поперечному (TO) и кроскопом спектрометре U-1000 Jobin-Yvon в режиме продольному (LO) колебаниям. Для пористого GaP спекисследования микрообразцов. Это позволяло выбирать тры КРС имеют ряд особенностей.

однородные участки исследуемой поверхности образца 1. Вне зависимости от исходной ориентации подложки и контролировать отсутствие влияния теплового воз- и геометрии рассеяния (например, когда по правилам отбора разрешены только LO- или TO-колебания) в действия лазерного луча на образец. Для возбуждения спектрах пористого GaP всегда присутствуют как LO-, использовалось излучение аргонового лазера с длиной волны 488 нм, которое фокусировалось в пятно диаме- так и TO-колебания одновременно (рис. 4).

2. В спектрах КРС пористого CaP явно видна полотром d 40 мкм. При исследовании спектров КРС разрешение прибора составляло 0.5 см-1. Для повыше- са, отвечающая поверхностным колебаниям на границе монокристаллического GaP, причем положение этой пония точности измерения положения пиков одновременно лосы не фиксировано строго и зависит, как оказалось, регистрировались линии неоновой лампы, находящиеся от локальных условий формирования. По периметру в непосредственной близости от исследуемых TO- и LO-пиков. Это позволяло вносить поправку на тепло- пористого участка имелась узкая полоса переходного слоя от монокристалла к пористому участку. Эта полоса вой дрейф прибора в процессе каждого последующего соответствует области прижима краев к подложке, где измерения и определять положение максимумов LO- и контакт с электролитом и, следовательно, локальные TO-колебаний с точностью не хуже 0.3 см-1.

Кроме спектроскопии КРС для исследования структу- условия анодирования скорее всего отличались от средры использовалась просвечивающая микроскопия (ми- него по остальной поверхности пористого слоя. На рис. кроскоп Philips CM30TEM / STEM, 300 кэВ, оснащенный энергодисперсным рентгеновским микроанализатором).

Для получения изображений использовались кусочки свободных пленок пористого GaP как в области, предварительно затонированной пучком ионов Ar (5.5 кэВ), так и на участках без ионного травления (на участках по краям излома образцов).

Методом КРС исследовались образцы двух типов — свободные пленки пористого GaP, закрепленные на диафрагмах для электронно-графических измерений, и в виде пластин, где наряду с пористым слоем имелись участки исходного монокристалла. В первом случае это позволило соотносить результаты КРС и ПЭМ, а во втором — последовательно регистрировать спектр КРС пористого GaP и исходного кристалла в одной геометрии и практически при одинаковых условиях.

Экспериментальные результаты На рис. 1–3 приведены микрофотографии свободных Рис. 1. Микрофотография свободной пленки пористого пленок пористого GaP, полученные в просвечивающем GaP, изображение получено в электронном микроскопе Philips электронном микроскопе. Видно, что исследуемый объ- CM30TEM / STEM (увеличение 4.8 · 104).

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № Исследования структуры пористого фосфида галлия правилам отбора колебаний. Впервые спектр поверхностных колебаний в GaP был обнаружен на тонкой пластине (20 мкм) GaP [10]. Ранее при изучении влияния шероховатости на спектры КРС [11] было показано, что на ”грубой” поверхности (шероховатость порядка 0.3 мм) в спектрах КРС с низкочастотной стороны полосы продольного колебания появляется ”плечо”, которое обусловлено поверхностным колебанием монокристалла GaP. Причем частота этой полосы явно не зависела от размера шероховатостей.

Предельная частота поверхностного колебания для полярного полупроводника хорошо описывается выражением 1/s = (0 + c)/( + c) TO, (1) где TO — частота поперечного колебания, и 0 —величины высокочастотной и статической диэлектрических проницаемостей полупроводника, c — диэлектрическая проницаемость среды, граничащей с полупроводником.

Используя формулу (1), можно оценить 0 для граничной среды на поверхности пор в переходном слое (рис. 5). На рисунке стрелками отмечены расчетные положения частот поверхностного колебания для двух случаев границы раздела: GaP–воздух (1) и GaP–среда (2) с c 2.25 (n 1.5). Если использовать вывод работы [11] о независимости частоты s от размера шероховатости, то можно сделать заключение, что в первом случае мы имеем пористую пленку, поверхность пор которой представляет чистую границу раздела Рис. 2. Изображение одной из ”глобул” с ”лепестками” (увеличение 6.6 · 105). На вставке — картина микродифракции в этой же области.

приведены спектры КРС различных точек пористого GaP при перемещении пятна возбуждения от монокристаллической подложки к однородному участку пористого GaP через указанный выше переходный слой.

3. Полоса продольных колебаний претерпевает сужение и сдвиг в низкочастотную область спектра (рис. 6).

Обсуждение результатов Объемные и поверхностные колебания кристаллического GaP хорошо изучены [9]. Также известен и эффект нарушения правил отбора в микроструктурах, когда как фононы, так и свет не описываются плоскими волнами, Рис. 3. Микрофотография в области одного из лепестков что приводит к появлению в спектре запрещенных по (увеличение 5.7 · 106).

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 238 Т.Н. Заварицкая, В.А. Караванский, А.В. Квит, Н.Н. Мельник Рис. 4. Сравнительные спектры комбинационного рассеяния света исходной подложки GaP (1, 3) и пористого GaP (2, 4) при различных геометриях рассеяния и ориентации подложки: a — x(yz)x, [100]–LO, b — y (z z )y, [110]–TO.

Рис. 5. Спектры комбинационного рассеяния света различных участков переходного слоя пористого GaP (1, 2) и подложки GaP, полученные при переходе от подложки к однородной области пористого слоя.

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № Исследования структуры пористого фосфида галлия воздух– кристаллический GaP. Во втором случае спектры КРС соответствуют поверхности кристаллического GaP с переходным слоем или диэлектрическим покрытием с показателем преломления n 1.5. На вопрос — обусловлено ли это дополнительной шероховатостью поверхности пор или это следствие адсорбции или окисления (поверхностные колебания в принципе позволяют обнаруживать доли монослойного покрытия [11]), полученные результаты ответа не дают. Однако микроанализ элементного состава при электронно-графических исследованиях не указывает на присутствие других соединений, кроме GaP. В любом случае можно сделать вывод, что, используя электролит на основе ортофосфорной кислоты, принципиально возможно получить пористые слои без заметного покрытия окислами или другими продуктами электрохимической реакции.

В отличие от работы [4] мы уделили большее внимание положению и сдвигам полос TO- и LO-колебаний благодаря возможности калибровки каждого измеренного Рис. 6. Эффект сужения и низкочастотного сдвига спектра. Мы обнаружили, что в пределе точности измеLO-колебания. Спектры комбинационного рассеяния света:

рений положение TO-линий не смещалось, в то время 1 — монокристалла GaP, 2 —пористого GaP.

как для LO-пиков наблюдался сдвиг в низкочастотную область и сужение. Последнее никак нельзя объяснить разупорядочением или нарушением правил отбора по волновому вектору в нанокристаллах.

Pages:     || 2 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.