О природе изменения эффективного поверхностного заряда на кристаллах InAs при выращивании анодного оксидного слоя

Изучена динамика изменения распределения атомов фтора по толщине выращенных слоев анодного оксида и эффективного поверхностного заряда на кристаллах InAs под такими слоями. Анодное окисление проведено в щелочном электролите с добавкой фторосодержащего компонента в гальваностатическом режиме при плотностях анодного тока 0,05 или 0,5 мА · см⁻². Толщину слоев в пределах 32—51 нм варьировали, задавая конечное напряжение на электродах при выращивании в пределах значений 15—25 В. Толщина и коэффициент преломления слоев измерены методом эллипсометрии, а распределение атомов фтора по толщине — методом фотоэлектронной спектроскопии в сочетании с ионным травлением. Параллельно на основе выращенных слоев изготовлены МДП−структуры, из расчета вольт−фарадных характеристик которых определены значения эффективного поверхностного заряда и плотности поверхностных состояний, соответствующие различным толщинам слоя.

Установлено, что по мере роста слоев независимо от плотности тока анодирования происходит их уплотнение. Профиль распределения атомов фтора смещается в сторону InAs, а положительный эффективный поверхностный заряд постепенно уменьшается от 3,6 · 10¹¹ до 2,0 · 10¹¹ см⁻² при плотности поверхностных состояний в пределах (6—7) · 1011 эВ⁻¹ · см⁻² для всех случаев. На основе сопоставления полученных данных с теоретическими представлениями о зарядовом строении МДП−структуры сделан вывод о постепенном отдалении встроенного заряда от границы с InAs в процессе выращивания анодного оксидного слоя. Это объясняет наблюдаемое уменьшения эффективного поверхностного заряда с ростом толщины слоя. Полученный результат свидетельствует о том, что скорость роста слоя превышает скорость смещения встроенного заряда в сторону InAs.

1. Астахов В. П., Карпов В. В., Крапухин В. В., Чишко В. Ф. Фотодиоды из антимонида индия с эффектом Мосса—Бурштейна на основе жидкофазных гомоэпитаксиальных структур // Прикладная физика. 2012. № 4. С. 79—82.

2. Астахов В. П., Данилов Ю. А., Дудкин В. Ф., Лесников В. П., Сидорова Г. Ю., Суслов Л. А., Таубкин И. И., Эскин Ю. М. Планарные фотодиоды на основе InAs материала // Письма в ЖТФ. 1992. Т. 18, Вып. 3. С. 1—5.

3. Wilmsen C. W. Oxide layers on III−V compound semiconductors // Thin Solid Films. 1976. V. 39. P. 105—117. DOI: 10.1016/0040- 6090(76)90628-3

4. Schwartz G. P., Sunder W. A., Griffiths J. E., Gualtieri G. J. Condensed phase diagram for the In−As−O system // Thin Solid Films. 1982. V. 94, Iss. 3. P. 205—212. DOI: 10.1016/0040- 6090(82)90297-8

5. Yamaguchi M., Yamamoto N., Sugiura H., Uemura C. Thermal oxidation of InAs and characterization of the oxide film // Thin Solid Films. 1982. V. 92, Iss. 4. P. 361—370. DOI: 10.1016/0040- 6090(82)90161-4

6. Belyi V. I., Smirnova T. P., Zakharchuk N. F. On the problem of elemental BV material in the interface of native oxide/AIIIBV structures // Thin Solid Films. 1984. V. 113, Iss. 2. P. 157—164. DOI: 10.1016/0040-6090(84)90024-5

7. Ковчавцев А. П., Курышев Г. Л., Базовкин В. М., Валишева H. A., Гузев A. A., Ли И. И., Ковалевская Т. Е., Панова З. В., Ефимов В. М. // Матричные фотоприемные устройства инфракрасного диапазона. Гл. 1. Фотоприемники зарядовой инжекции на арсениде индия. Новосибирск: Наука, 2001. С. 10—118.

8. Широков А. А., Маркова Е. А., Захаров И. С. Электрофизические свойства МДП−структур на основе арсенида индия // Изв. АНСССР. Неорганические материалы. 1982. Т. 18, № 9. С. 1459—1463.

9. Гуртов В. А., Золотов М. В., Ковчавцев А. П., Курышев Г. Л. Объемный заряд в МДП−структурах на основе арсенида индия // Микроэлектроника. 1986. Т. 15, № 2. С. 142—149.

10. Eremeev S. V., Valisheva N. A., Tereshchenko O. E., Kulkova S. E. Change in the electronic properties of an InAs (111)A surface at oxygen and fluorine adsorption // Semiconductors. 2012. V. 46, Iss. 1. P. 49—55. DOI: 10.1134/S1063782612010083

11. Валишева Н. А., Ковчавцев А. П., Левцова Т. А., Логвинский Л. М., Курышев Г. Л., Петренко А. З., Петренко И. П. Влияние фтора на границу раздела анодный оксид−арсенид индия // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. 1999. № 11. С. 53—58.

12. Давыдов В. Н., Лоскутова Е. А., Фефелова И. И. Влияние фтора на свойства систем оксид — полупроводниковое соединение А3В5 // Микроэлектроника. 1986. Т. 15, № 5. С. 455—459.

13. Лоскутова Е. А., Давыдов В. Н., Лезина Т. Д. Особенности электрофизических и фотоэлектрических характеристик МОП−структур из InAs // Микроэлектроника. 1985. Т. 14, № 2. С. 134—138.

14. Аксенов М. С., Валишева Н. А., Левцова Т. А., Терещенко О. Е. Влияние фтора на электрофизические свойства границы раздела анодный оксид/InAs(111)A // ФТП. 2014. Т. 48, № 3. С. 322—326.

15. Валишева Н. А., Гузев А. А., Ковчавцев А. П., Курышев Г. Л., Левцова Т. А., Панова З. В. Электрофизические свойства МДП−структур InAs−SiO2−In2O3 с модифицированной границей раздела // Микроэлектроника. 2009. Т. 38, № 2. С. 99—106.

16. Григорович С. Л., Волков А. С., Лоцман А. П., Афанасьев А. К. Исследование состава анодных окисных пленок на арсениде индия методом Оже−электронной спектроскопии // Электронная техника. Сер. Материалы. 1981. Вып. 3(152). С. 39—42.

17. Кузнецов В. В., Олевский С. С., Сорокин И. Н. Изучение анодных окисных пленок на InAs методом Оже−спектроскопии // Электронная техника. Сер. Микроэлектроника. 1980. Вып. 3(87). С. 77—81.

18. Артамонов А. В., Астахов В. П., Варлашов И.Б., Евстафьева Н. И., Митасов П. В. Состав анодных окисных пленок на кристаллах InAs // Тонкие химические технологии. 2015. Т. 10, № 5. С. 13—18.

19. Валишева Н. А., Терещенко О. Е., Просвирин Н. П., Калинкин А. В., Голяшов В. А., Левцова Т. А., Бухтияров В. И. Формирование анодных слоев на InAs (111)A. Исследование химического состава // ФТП. 2012. Т. 46, № 4. С. 569—575.

20. Urch D. S., Urck M. J. ESCA (Mg) − Auger tables. London: Queen Mary College, Chemistry Department, 1981. 52 p.

21. Whelan M. V. Graphical relations between surface parameters of silicon, to be used in connection with MOS−capacitance measurements // Philips Res. Repts. 1965. V. 20. P. 620—632. URL: http:// www.extra.research.philips.com/hera/people/aarts/_Philips%20 Bound%20Archive/PRRep/PRRep-20-1965-620.pdf

22. Гуртов В. А. Твердотельная электроника : учебное пособие. М., 2005. 76 с.