Книги по разным темам Pages:     | 1 | 2 | 3 | 4 |   ...   | 7 |

пользовали для пассивации GaAs полифенилен-сульфид, Так как в ходе реакции сульфидирования изменякоторый осаждался на подложку с помощью вакуумного ется степень окисления компонентов полупроводника распыления.

(полупроводник окисляется) и иона водорода (водород В работе [43] в качестве подготовки поверхности восстанавливается), эта реакция относится к классу GaAs для газовой пассивации использовалось облучение окислительно-восстановительных и может быть записана полупроводника эксимерным ArF-лазером в условиях в виде двух полуреакций [45]:

сверхвысокого вакуума. Сразу после этого проводилась сульфидная обработка полупроводника также при облу- AIIIBV (AIII)3+ +(BV)3+ +6e-, (2а) чении этим лазером в атмосфере H2S/ H2. Как подго6H+ + 6e- 3H2. (2б) товка поверхности, так и ее обработка проводились при 1 Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 1284 В.Н. Бессолов, М.В. Лебедев Поскольку реакция формирования сульфидного покрытия является фотоэлектрохимической, скорость образования пассивирующего покрытия на поверхности полупроводника n-типа проводимости должна быть существенно выше, чем на поверхности полупроводника p-типа. Кроме того, скорость образования пассивирующего покрытия должна возрастать при увеличении температуры обработки, интенсивности света, падающего на границу раздела полупроводник / электролит, концентрации ионов серы в растворе и при уменьшении водородного показателя раствора (следует учитывать, что уменьшение pH ниже некоторого предела может повлечь за собой прекращение травления окисного слоя).

В работе [48] было обнаружено, что при сульфидировании GaAs поверхностный уровень Ферми изменяет свое положение, причем скорость его движения в n-GaAs всегда существенно выше, чем в p-GaAs. Активация процесса сульфидирования при освещении границы полупроводник / электролит была продемонстрирована в [49] на примере сульфидирования InAlAs в водных растворах сульфида аммония. Кроме того следует отметить, что травление окисного слоя и формирование сульфидного покрытия на поверхности полупроводника более эффективно происходят в растворах сульфида сильного основания (например Na2S), чем в растворах сульфида слабого основания (например, (NH4)2S) [46].

3.2. Химические связи на пассивированной поверхности Рис. 1. Схематическое изображение процессов, идущих 3.2.1. Арсенид галлия при формировании сульфидного пассивирующего покрытия:

a Ч разрыв связей между атомами AIII и BV, удаление окисноЕстественный окисел на поверxности GaAs предстаго слоя и диссоциация ионов HS-; b Ч выход электронов из вляет собой аморфную смесь окислов. Рентгеновская полупроводника в раствор; c Ч образование химических связей фотоэлектронная спектроскопия поверхности GaAs, помежду атомами полупроводника и серой.

крытой слоем естественного окисла, показала наличие на поверхности как элементарного мышьяка, так и окислов As2O, AsO, As2O3, Ga2O, GaO, Ga2O3 [50], что Рассмотрим подробнее физические процессы, проис- согласуется с диаграммой фазового равновесия в системе ходящие при окислительно-восстановительной реакции. GaЦAsЦO [51].

Каждый атом в кристаллической решетке цинковой обманки имеет четыре связи, каждая из которых образована 3.2.1.1. GaAs / S двумя электронами. В то же время каждый атом AIII или Сульфидирование поверхности в растворах приводит BV, входящий в сульфидное соединение, формирующееся к заметному уменьшению, а часто и к полному исчезнона поверхности, образует по три химических связи [47].

вению окисного слоя [52Ц55], причем при уменьшении Это означает, что в процессе сульфидирования одна из диэлектрической проницаемости сульфидного раствора связей становится лишней и для образования пассивиокислы удаляются более активно [28,46]. При этом, одрующего покрытия (рис. 1, c) необходимо, чтобы элекнако, на поверхности остаются физсорбированные кислотроны, локализованные на ней, либо вышли в раствор, род (вода) и углерод. Сульфидирование из газовой фазы либо рекомбинировали с дыркой (рис. 1, a). Источником требует предварительной подготовки поверхности полуэнергии, необходимой для заброса электрона в зону проводника с целью удаления окисного слоя [33,43,56].

проводимости или на уровень поверхностного состояния, После выдержки поверхности GaAs в парах серы может служить поглощение света с энергией квантов, превышающей ширину запрещенной зоны полупроводни- рентгеновские фотоэлектронные спектры показывают ка (рис. 1, b). Выход электронов в раствор (вход дырок в появление у пика As3d компоненты с химическим сдвиполупроводник) может осуществляться либо через зону гом () около 2 эВ (что соответствует химическому проводимости полупроводника (валентную зону), либо сдвигу, характерному для соединения As2S3, и небольчерез уровни поверхностных состояний. шое уширение пика Ga3d, связанное с возникновением Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № Халькогенидная пассивация поверхности полупроводников AIIIBV. О б з о р на поверхности сульфидов галлия [33]. Оцененная тол- Скол поверхности GaAs (110) в спиртовых растворах щина сульфидного слоя составила около 5. Выдержка сульфида натрия приводил к формированию на поверхGaAs в смеси H2S/ H2 приводила к адсорбции серы на ности только связей GaЦS [64]. В то же время при поверхности, к обеднению поверхности по мышьяку и сульфидировании поверхности GaAs (110) в водном обогащению по галлию в слое толщиной около 10 [35].

растворе сульфида натрия на поверхности наблюдалось Современные данные рентгеновской фотоэлектронной большое количество связей AsЦS [65].

спектроскопии сульфидированных поверхностей GaAs Сульфидирование поверхности AlGaAs (110) в раствосвидетельствуют о наличии на поверхности различных рах сульфида аммония, так же как и поверхности GaAs, сульфидов Ga и As и, кроме того, на поверхности приводило к снижению количества окислов на поверхноостается большое количество элементарного мышьяка сти и формированию на ней сульфидов, причем в слоях с (при этом в основном исследуются спектральные линии большим содержанием алюминия (X = 0.78) сера была Ga3d и As3d, которые в силу низкой энергии свясвязана преимущественно с атомами алюминия [66].

зи доступны для исследования наиболее поверхностноОтжиг сульфидированной поверхности в сверхвысочувствительным синхротронным излучением с энергией ком вакууме приводит к значительному изменению расквантов около 100 эВ. Наиболее часто на поверхнопределения химических связей на поверхности полупрости наблюдаются связи AsЦS с химическим сдвигом водника. При нагревании сульфидированной поверхно1.7 2.0эВ (соответствует соединению As4S4) и свясти арсенида галлия сера с атомами мышьяка перези GaЦS с химическим сдвигом 0.6 0.7эВ (соответходит на атомы галлия [67], при этом при темпераствует соединению Ga2S) [53,55]. Эти связи наблюдатуре 360C связи AsЦS полностью исчезают [56,58,67] лись при сульфидировании как в растворах Na2S [53], и на поверхности остаются только связи GaЦS, а (NH4)2S [55], P2S5 [13], так и в газах, например в H2S [57] общее количество серы на поверхности практически или в потоке молекулярной серы [58], причемколичество не изменяется. Это свидетельство о том, что связи связей AsЦS всегда превышало количество связей GaЦS, GaЦS более стабильны, чем связи AsЦS, что хорошо если сульфидирование проводилось при температурах, согласуется с данными о теплоте образования этих близких к комнатной. Это свидетельствует о том, что посульфидов.

верхностные атомы мышьяка очень химически активны.

Следует ометить, что связи с большим химическим При сульфидировании в растворах сульфида аммония, сдвигом (AsЦS, = 2.5 эВ и GaЦS, = 1.7эВ), напомимо этих компонент, наблюдались еще компонента блюдавшиеся в [55,56], оказывались менее устойчивыми AsЦS с химическим сдвигом 2.5 эВ [56] и компонента к нагреву, чем обычные связи AsЦS ( = 1.8эВ) и GaЦS GaЦS с химическим сдвигом 1.7 эВ [55,56]. Детальные ( = 0.7эВ).

количественыне исследования химических связей на поПри более высокой температуре (T > 580C) наверхностях GaAs, сульфидированных в различных расчинается десорбция серы с поверхности GaAs. Темтворах, позволили выделить и другие сульфиды галлия пература десорбции (TD) различна для граней различи мышьяка [59,60]. При сульфидировании поверхноной ориентации и хорошо коррелирует с координасти в потоке атомарной серы [39] вся адсорбированная ционным числом серы на поверхности полупроводнисера была связана только с поверхностными атомами ка, а также с рассчитанной в [68,69] энергией свягаллия. Пассивация поверхности H2S плазмой [61] и в зи GaЦS: TD(111)A < TD(100) < TD(111)B [67].

атмосфере H2S под действием излучения эксимерного Для граней (111)A и (111)B при температурах на ArF-лазера [43] приводила к возникновению на поверх50C ниже температуры десорбции наблюдалось предности только небольшого количества связей AsЦS, тогда десорбционное состояние: в рентгеновских фотоэлеккак связи GaЦS не наблюдались, а пассивация в растворах тронных спектрах появляется компонента GaЦS с еще тиолов вообще не приводила к возникновению сульфиболее низкой энергией, свидетельствующая о перенодов на поверхности полупроводника, хотя возрастание се электронов с Ga на S непосредственно перед деинтенсивности фотолюминесценции наблюдалось [20].

сорбцией серы [67]. Отметим также, что в спекСульфидирование поверхности GaAs сероводородом трах Ga3d грани (111)A, сульфидированной молекупри низкой температуре (T = 150 K) приводит к адсорблярным пучком и отожженной при температуре выше ции серы на атомы мышьяка, в то время как сульфидиро360C, удалось выделить две сульфидные компоненвание при высокой температуре (280450C) приводит к ты: одну Ч связанную с серой, встроенной в припоадсорбции серы на атомы галлия [62]. Сульфидирование верхностный объем GaAs на место атомов мышьяка, из газовой фазы (выдержка при комнатной температуре а другую Ч с серой, адсорбированной на поверхв атмосфере H2S и последующий отжиг при 400C) ности [70].

приводит к удалению поверхностных атомов мышьяка и Десорбция серы с сульфидированной поверхности формированию сульфидной фазы GaSx [63].

При пассивации поверхности GaAs электрохимиче- GaAs происходит также и в результате воздействия ским методом [26] наблюдались связи с большим хи- на поверхность вакуумного ультрафиолетового излучемическим сдвигом: связи GaЦS c химическим сдвигом ния [71]. При этом сера десорбируется в виде нейтралькак 1.65 эВ, так и 3.25 эВ, и связи AsЦS со сдвигом 1.8 ных молекул и на поверхности возрастает количество и 3.5 эВ. элементарного мышьяка.

Физика и техника полупроводников, 1998, том 32, № 1286 В.Н. Бессолов, М.В. Лебедев Толщина сульфидного покрытия, оцениваемая из спек- ориентации поверхности полупроводника [74]. Эта завитров рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии, симость в свою очередь коррелировала с температурой как правило, составляла 0.5 2.0 монослоя, однако с десорбции селена с поверхности: чем ниже температура помощью электрохимической пассивации было получено десорбции, тем глубже проникает селен в объем полусульфидное покрытие толщиной около 15 [26]. Тол- проводника. Зависимость температуры десорбции селена от ориентации такая же, как и зависимость температуры щина сульфидного покрытия на поверхности зависит от десорбции серы, однако селен десорбируется при более ориентации и так же, как и температура десорбции, высоких температурах, чем сера. Замещение селеном коррелирует с энергией связи GaЦS [72].

мышьяка в приповерхностном объеме толщиной около 5 монослоев отмечалось и при обработке поверхности в 3.2.1.2. GaAs / Se потоке H2Se [76], однако в этой работе в рентгеновских фотоэлектронных спектрах отсутствовали компоненты, В одной из первых работ, где исследовались хиобусловленные химическими связями GaЦSe и AsЦSe, мические связи на поверхности GaAs, обработанной хотя наблюдался пик Se3d.

в растворах селенида натрия в гидрооксиде аммония, селен на поверхности проявлялся по крайней мере в трех различных формах: селенаты (Se4+), элементарный 3.2.1.3. Окисление пассивированной селен (Se0) и селениды (Se2-) [15]. После обработки поверхности GaAs такой поверхности в растворах сульфида натрия объПоскольку пассивирующий эффект деградирует со емный селен удалялся, а хемисорбированный селен во временем при выдержке поверхности в атмосфере, в всех своих формах оставался неизменным; следовательряде работ изучалось окисление сульфидированной поно, поверхностные связи GaAsЦSe более прочные, чем верхности полупроводника и сопутствующее изменение связи GaAsЦS. Обработка при комнатной температуре химических связей на поверхности. Исследования окиприводила к тому, что селен был связан с мышьяком, сления поверхности GaAs, сульфидированного в раствоа после нагрева формировались связи селена с галлием.

ре (NH4)2S, показали, что ни выдержка поверхности Отмечалось также [73], что селеновое покрытие не в кислороде в темноте, ни освещение ее светом в удаляется, в отличие от сульфидного, при длительной вакууме не оказывают влияния на химические связи на промывке полупроводника водой.

сульфидированной поверхности [53]. В то же время Обработка поверхности в растворе сульфида селеуже 40-минутная выдержка в кислороде (при давлении на [16] приводила к тому, что селен на поверхности на200 Торр) при освещении привела к заметному окислеходился только в виде селенидов, в частности As2Se3. В нию поверхности, рентгеновские фотоэлектронные спекрентгеновских фотоэлектронных спектрах наблюдалось тры стали такими же, какими были до сульфидирования также небольшое количество серы, хотя идентифицироу GaAs, покрытого естественным слоем окисла. Кроме вать связи, в которых она была вовлечена, не удалось.

того отмечалось [72], что пассивированная поверхность Было также отмечено, что As2Se3 остается стабильным GaAs окисляется медленнее, чем поверхность, извлеченпри нагреве до 300C. Кроме того, такая обработка ная сразу после роста из эпитаксиальной установки, а приводила к практически полному удалению окисного также было показано, что скорость окисления сульфидислоя с поверхности полупроводника. Слой естественного рованной поверхности сильно зависит от ориентации поокисла удалялся и с помошью других селеновых раствоверхности (быстрее всех окислялась поверхность (100)) ров, в частности Se / NH4OH [18].

и что галлий окисляется быстрее, чем мышьяк. Более Температура обработки поверхности молекулярным медленное окисление сульфидированной поверхности по пучком селена определяет химический состав поверхносравнению с несульфидированной наблюдалось и в [77].

Pages:     | 1 | 2 | 3 | 4 |   ...   | 7 |    Книги по разным темам