Kristályhibák vizsgálata vegyületfélvezető rétegszerkezetekben elektrokémiai módszerrel

Nemcsics Ákos

Magyar Tudományos Akadémia - Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutató Intézet, 1525 Budapest Pf.:49

e-mail: nemcsics@mufi.hu

Jelen munkában bemutatjuk a GaAs(001) hordozóban és e hordozóra növesztett VPE rétegben miképpen lehet viszonylag egyszerűen és gyorsan a diszlokációeloszlást kimutatni. Továbbá e módszer felhasználásával MBE-vel növesztett GaAs/InGaAs heteroátmenetben a mélységi diszlokációeloszlás-profilt veszünk fel. A kisérleti ered-ményeket további mérésekkel (XRD, TEM) és elméleti számolásokkal vetettük össze.

Az új felhasználói igények, mint pl. a mikrohullámú és az optikai hírközlés fordították a figyelmet a vegyületfélvezetők felé. Ezek eszköztechnológiája nem veteked-het a Si-éval, de számos kedvező tulajdonságuk lehetővé teszi, hogy olyan eszközök készüljenek belőlük, melyek Si-ból egyáltalán nem, vagy csak rosszabb paraméterekkel készíthetők.

Az utóbbi évek félvezető kutatásai egyrészt -az MBE technológia segítségével- az alacsony dimenziós rendszerek felé (nanostruktúrák, 2DEG stb.), másrészt a különleges tulajdonságú félvezető anyagok felé (több komponensű anyagok, porózus GaAs, Si stb.) ill. a mikromechanikai rendszerek felé irányulnak. Mindezen tématerületek egyik közös jellemzője, hogy elektrokémiai módszereket használnak az anyag ill. a struktúra vizsgála-ta vagy processzálása céljából.

Az AIII-BV típusú félvezetők technológiájában és méréstechnikájában nagy jelentőségű a félvezető/elektrolit rendszer. Az elektrolittal transzparens, Schottky-jellegű kontaktus hozható létre a félvezető felületén és közben fotoelektrokémiai folyamat hajtható végre az átmenetnél. Ezzel a módszerrel különféle mérések (elektrokémiai CV [1], fotofesz. spektroszkópia, elektroreflektancia, diffúziós úthossz stb.) és az anódos rétegeltávolítás segítségével ezek mélységi profilja vehető fel. Az elektrolit segítségével energiakonverzió (elektrokémiai napelem [2]), rétegleválasztás és szeletprocesszálás is végezhető.

Az elektrolit/félvezető átmenet igen bonyolult rendszer. A méréstechnikai felhsználhatóság és a felületnél lejátszódó reakció vizsgálatának egyik legjobb módja az impedancia analízis. A kvatntummechanikai modellből érthető, hogy az átmeneten átfolyó áram nagyobbik része a vegyértéki sávon keresztül realizálódik. Ezért anódos oxidáció esetén p-típusú félvezetőnél a folyamat spontán végbemegy, mig n-típusú félvezetőnél a lyukak generálására van szükség a felületnél. Ez történhet optikai úton, vagy inverzió segítségével. Az oldás egy lehetséges módja:

GaAs + 6h+ + 12OH- = Ga(OH)6-3 + As(OH)6-3

A különböző elektrokémiai mérések profil felvételeihez elengedhetetlen a políros marás feltétele. A rétegeltávolítás után visszamaradó felület általában többé-kevésbé érdes marad. Az elektrokémiai rétegeltávolítás valamennyire mindig szelektív. Bizonyos feltételek mellett a felületi morfológia a diszlokációeloszlásra jellemző. A GaAs technoló-giájában a diszlokáció vizsgálatra a lassú és veszélyes ömledék KOH-s eljárást ill.a röntgen topográfiát használják.

Vizsgálatainkhoz n és p típusú GaAs(001) hordozót és VPE homoepitaxiás réte-geket [3] ill. GaAs/InGaAs MBE heteroepitaxiás rétegeket [4] használtunk. A hordozó esetében a mechanikai-kémiai polírozás által roncsolt felület eltávolítása políros elektro-kémiai marással, VPE esetén in situ gőzfázisú marással, mig MBE esetén Ar ion bombázással majd a felület regenerálával történt. Megmutatjuk, hogyan változik a GaAs felület érdessége a marási munkapont függvényében [5]. Diszlokáció eloszlásra jellemző felületi morfológiát kapunk optikai gerjesztés és kisebb mint 2x10-4Acm-2 áramsűrűség esetén. Ha az inverzióval létre hozott áramsűrűség nagyobb, mint 3x10-3Acm-2 akkor is diszlokáció képre jellemző morfológiát kapunk. (Lehetséges elektrolit a méréshez a 10% KOH ill. 0.5M HCl oldat.) A kapott diszlokációs morfológiák jó egyezést mutatnak a röntgentopográfiás és ömledék KOH-s mérésekkel [6].

Az InxGa1-xAs összetétel függvényében változó rácsállandója miatt fontos az epitaxiás rétegnövesztés során a heteroátmenetben keletkező diszlokációk vizsgálata. A szakirodalomban bőségesen találhatunk erre vonatkozó vizsgálatokat (Nomarski, XRD, TEM), de az elektrokémiai eljárás további lehetőségeket hordoz magában. A rétegben a feszültség laterálisan sem egyenletes. Ezzel a módszerrel mind laterális mind pedig mélységi diszlokáció eloszlást felvehetünk. A GaAs-ra kapott eredmények nem vihetők át egyszerűen az InGaAs-ra, továbbá fontos, hogy a vizsgálat a GaAs-ra is működjön. A diszlokáció előhívás inverziós esetben 0.5M HCl oldattal történt. Az eredményeket irodalmi adatokkal vetettük össze.

Irodalom:

[1] Nemcsics Á.: Az epitaxiás rétegszerkezetek minősítése elektrolitos CV méréssel; Elektronikai Technol.-Miromech. 33 (1994) 78

[2] Nemcsics Á.: A napelemfejlesztés perspektívái; XV TÜSZ (100 éves Kandó Kálmán Műszaki Főisk.) (1998) 8

[3] K. Somogyi, I. Gyúró, Á. Nemcsics, Sz. Varga: Influence of the technological circumstances on the homogenity of n-GaAs epitaxial structures; Acta Phys. Hung. 70 (1991) 249

[4] Á. Nemcsics, J. Olde, M. Geyer, R. Schnurpfeil, R. Manzke, M. Skibowski: MBE growth of srained InGaAs on GaAs(001); phys. stat. sol. (a) 155 (1996) 427

[5] Á. Nemcsics: Morphological investigation on electrochemically etched GaAs surface; Extend. Abstract of JVC (May 26-29 1997, Debrecen; Ed: S. Bohátka) (1997) 163

[6] Á. Nemcsics, L. Petrás, K. Somogyi: Observation of dislocations in GaAs by (photo)-electrochemical method; Vacuum 42 (1990) 1012

[7] Á. Nemcsics, L. Dobos: Investigation of InGaAs/GaAs heterosrtuctures by electrochemical mehod; Heterosrtucture Epitaxy and Devices, Eds.: P. Kordos, J. Novak, Kluwer Academic Publ. (1988) 135