Создание низкоразмерной среды в арсениде галлия для устройств микро- и наноэлектроники (стр. 2 из 5)
В результате же чисто химического травления образуются тонкие однородные чёрные слои, толщина которых практически не зависит от времени травления.
1.3 Оптические свойства
Говоря об оптических свойствах пористого арсенида галлия, в первую очередь стоит упомянуть его фотолюминесценцию (ФЛ). Как утверждают авторы работы [13], все слои характеризуются наличием ФЛ в инфракрасной(ИК) области спектра, близкой к полосе излучения подложки. Такая же полоса ИК излучения наблюдается в спектрах свободных (отделенных от подложки) плёнок и в порошкообразном пористом арсениде галлия. Эти наблюдения свидетельствуют о том, что получаемые в результате электролитического травления слои представляют собой губчатые образования. Для всех слоёв, выращенных на подложках с
наблюдается сдвиг ИК максимума в длинноволонвую область спектра и расширение полосы ФЛ (рисунок 2, а). Такой же сдвиг максимума, но без уширения полосы наблюдается у образцов с 
(рисунок 2, б).
Пунктирная линия – спектр исходного арсенида галлия, сплошная – его пористого слоя
а – подложка с
, б – 
Рисунок 2 – Сравнение ФЛ образцов исходного арсенида галлия и его пористых слоёв
Все образцы пористого GaAs обладают ФЛ в видимой области спектра. Интенсивность и форма полосы зависят от условий формирования слоёв. Наибольшей интенсивностью, несмотря на малую толщину, обладают «химические» слои. У этих слоёв преобладает ФЛ в красной области спектра, в то время как для «электрохимических» слоёв характерна двугорбая кривая с более выраженным коротковолновым максимумом.
Сдвиг основной фазы фотолюминесценции образцов пористого GaAs, полученных анодным травлением, по сравнению с кристаллическим GaAs может быть объяснён, если предположить, что имеет место размерное квантование энергии носителей тока в результате образования нанообъектов. Производя оценочные расчёты, определяют приблизительный размер нанокристаллов, излучение которых определяет максимальную энергию спектра излучения фотолюминесценции для пористого слоя. Например, в тех пористых образцах n-типа, в которых максимум фотолюминесценции располагается при энергиях 1,85–2,52 эВ, расчёт даёт размеры нанокристаллов от 5 до 8 нм.
2 Формирование низкоразмерной среды в арсениде галлия
2.1 Исследование электрофизических параметров исходного монокристаллического арсенида галлия
2.1.1 Определение кристаллографической ориентации подложек
В первую очередь стоит отметить экспресс-метод определения кристаллографической ориентации пластин – по характеру скола. Пластины ориентации (100) при расколе образуют прямой угол, в то время как пластины ориентации (111) образуют угол, равный 60 градусам.
Слева – пластина ориентации (111), справа – ориентации (100)
Рисунок 3 – Определение кристаллографической ориентации пластин по характеру раскола
С другой стороны, в отличие от аморфных тел почти все свойства кристаллических веществ по разным направлениям различны. В частности, при химическом взаимодействии кристаллов с травителями растворение их граней по разным кристаллографическим направлениям, как правило, происходит с различными скоростями.
При травлении в слабом травителе в течение продолжительного времени в локальной области кристалла, на его гранях образуются правильные фигуры, наблюдаемые под микроскопом, которые получили название фигур травления. Установлено, что фигуры травления на различных кристаллографических плоскостях различны. Так, на пластинах с кристаллографической ориентацией (100) фигуры травления стремятся принять вид квадратов, в то время как на пластинах (111) – треугольников [5].
 а |  б |
Рисунок 4 – Фигуры травления пластин арсенида галлия ориентации: а – (100); б – (111)
 а |  б |
Рисунок 5 – Ямки травления пластин арсенида галлия ориентации: а – (100); б – (111)
По геометрии фигур травления можно судить об ориентации кристалла, а также о его монокристалличности. Если образец не представляет собой монокристалла, в различных местах одной и той же грани фигуры травления будут различными [5].
В таблице 1 приведены наиболее распространённые составы селективных травителей для арсенида галлия.
Таблица 1 – Селективные травители для арсенида галлия
| Состав травителя | Комментарии |
 | 2–4 мин., выявление дислокаций |
 | 10 мин, выявление дислокаций |
 | Проявление границ зёрен |
2.1.2 Определение типа проводимости подложек методом термо-ЭДС
Метод термо-ЭДС заключается в том, что с анализируемым полупроводником вводится в соприкосновение разогретый до 50–70°С зонд и относительно холодной части образца определяется знак термо-ЭДС. При определении типа проводимости данным методом возникает вопрос о концентрациях легирующей примеси, при которых возможно достоверное определение величины и знака термо-ЭДС. При этом можно рассмотреть два предельных случая: концентрация легирующей примеси очень мала, что примерно соответствует собственному полупроводнику, и концентрация легирующей примеси очень велика, что примерно соответствует металлам.
Рассмотрим механизм возникновения термо-ЭДС. При прикосновении горячего зонда к полупроводнику в последнем возникает градиент температуры. Вследствие этого в образце появляется градиент средней энергии и градиент концентрации носителей заряда. Это приводит к возникновению диффузионного потока носителей заряда, то есть к возникновению тока. В результате разделения носителей заряда, внутри образца образуется электрическое поле, которое порождает компенсирующий поток носителей заряда. Между горячим зондом и холодной частью образца возникает разность потенциалов. Согласно формуле (1) термо-ЭДС полупроводника определяется двумя слагаемыми, каждое из которых соответствует вкладу, вносимому электронами и дырками, причем эти слагаемые имеют противоположные знаки.
В случае электронного полупроводника в разогретой области образца возникает положительный объемный заряд, в дырочном полупроводнике наоборот.
(1)где а – удельная термо-ЭДС;
Nc, Nv– эффективные плотности состояний в зоне проводимости и в валентной зоне;
k– постоянная Больцмана;
п, р – концентрации электронов и дырок;
μn, μр – подвижности электронов и дырок;
е – элементарный заряд.
Для собственного полупроводника величина термо-ЭДС определяется лишь шириной запрещенной зоны и соотношением подвижности электронов и дырок. При определении типа проводимости слаболегированного образца может возникнуть проблема, связанная со следующей причиной. Поскольку подвижность электронов выше подвижности дырок, то знак термо-ЭДС собственного полупроводника будет соответствовать знаку термо-ЭДС электронного полупроводника. Поэтому при определении типа проводимости слаболегированного полупроводника может возникнуть ошибка.
Согласно формуле (1) величина термо-ЭДС зависит не только от концентрации носителей, но и от их подвижности. А поскольку подвижность электронов больше подвижности дырок, при некоторой температуре это приводит к инверсии знака удельной термо-ЭДС. Причем особенно заметно это у полупроводников с более низкой степенью легирования.
Следовательно, в таких случаях невозможно определить тип полупроводника по знаку термо-ЭДС [1].
2.1.3 Определение концентрации основных носителей заряда
Как известно, именно основные носители заряда вносят основной вклад в электропроводность полупроводника. Таким образом, возникает возможность определить концентрацию основных носителей заряда косвенным методом через измерение удельного сопротивления пластины полупроводника [1].
Сопротивление пластины определяется четырёхзондовым методом – этот метод измерения электрического сопротивления является самым распространённым. Кроме высоких метрологических показателей преимущество четырёхзондового метода состоит в том, что для его применения не требуется омических контактов к образцу, возможно измерение удельного сопротивления объемных образцов самой разнообразной формы и размеров, а также удельного сопротивления слоев полупроводниковых структур. Условием для его применения с точки зрения формы образца является наличие плоской поверхности, линейные размеры которой превосходят линейные размеры системы зондов.