Исследование структуры монокристалла GaAs, легированного теллуром, методом проекционного травления

Проекционное травление — эффективный способ исследования структуры, превосходящий обычное селективное травление за счет эффекта «памяти». Цель работы — исследование дислокационной структуры монокристалла GaAs(Te), выращенного методом Чохральского в кристаллографическом направлении [100], методом проекционного травления. При испытаниях данные проекционного травления сопоставляли с более распространенным селективным травлением в расплаве KOH. Для проекционного травления применяли так называемый AB-травитель и состав без AgNO₃. Травление в условиях комнатной температуры осуществляли в «пьяной бочке», а при повышенных температурах (85 – 125 °C) — с ручным перемешиванием. Поверхность монокристалла анализировали методами оптической микроскопии. Панорамные изображения дислокационных структур на пластинах GaAs получали за счет сшивки отдельных кадров. Путем представления изображения в виде матрицы значений интенсивности яркости I(x, y) от 0 до 255 исследовали влияние нитрата серебра на контрастность ямок травления. Представлена классификация ямок травления по их морфологии (канавки, полосы, прямоугольные ямки). Отмечены влияние температуры на скорость проекционного травления и необходимость механического перемешивания. Полученные результаты могут быть использованы при внедрении методики проекционного травления для анализа механизмов движения и мультипликации дислокаций в зависимости от условий роста.

1. Маянов Е. П., Князев С. Н., Наумов А. В. Рынок монокристаллов GaAs — тенденции развития / Известия вузов. Материалы электронной техники. 2018. Т. 19. № 3. С. 156 – 162. DOI: 10.17073/1609-3577-2016-3-156-162

2. Комаровский Н. Ю., Ющук В. В., Биндюг Д. В. и др. Исследование градиента распределения дефектов в монокристаллических пластинах кремния и арсенида галлия с помощью рентгеновской топографии / Международный научно-исследовательский журнал. 2021. № 4-1(106). С. 26 – 31. DOI: 10.23670/irj.2021.106.4.004

3. Князев С. Н., Кудря А. В., Комаровский Н. Ю. и др. Методы исследования дислокационной структуры полупроводниковых монокристаллов группы AIIIBV / Известия вузов. Материалы электронной техники. 2023. Т. 25. № 4. С. 323 – 336. DOI: 10.17073/1609-3577-2022-4-323-336

4. Шифрин С. С., Мильвидский М. Г., Освенский В. В. Проекционное травление как метод исследования дефектов структуры кристаллов полупроводников / Кристаллография. 1982. Т. 27. № 4. С. 712 – 721.

5. Марков А. В., Мильвидский М. Г., Освенский В. Б. О роли дислокаций в формировании свойств монокристаллов полуизолирующего GaAs / Физика и техника полупроводников. 1986. Т. 20. ¹ 4. С. 634 – 640.

6. Jordan A., Caruso R., Von Neida A. A Thermoelastic analysis of dislocation generation in pulled GaAs crystals / Bell Syst. Tech. J. 1980. Vol. 59. No. 4. P. 593 – 637. DOI: 10.1002/j.1538-7305.1980.tb03024.x

7. Мильвидский М. Г., Освенский В. Б., Сахаров Б. А. и др. Образование дислокаций в совершенных монокристаллах под действием напряжений / Доклады Академии наук СССР. 1972. Т. 207. ¹ 5. С. 1109 – 1111.

8. Sangval K. Crystal etching: theory. experiment. application. — Amsterdam – Oxford – New York – Tokyo: North-Holland, 1987. — 497 p.

9. Abrahams M. S., Buiocchi C. J. Etching of dislocations on the low-index faces of GaAs / J. Appl. Phys. 1965. Vol. 36. No. 9. P. 2855 – 2863. DOI: 10.1063/1.1714594

10. McHugh S. T. Understanding photography: master your digital camera and capture that perfect photo. — No Starch Press, 2018. — 242 p.

11. Komarovsky N. Y., Zhuravlev E. O., Molodtsova E. V., et al. Determination of the criterion for morphological classification of etching pits formed in InSb single crystals grown by the Czochralski method in the [111] crystallographic direction and doped with tellurium / Inorg. Mater. Appl. Res. 2024. Vol. 15. No. 6. P. 1689 – 1695. DOI: 10.1134/s2075113325700157

12. Weyher J. L., Van de Ven J. Selective etching of n-type GaAs in a CrO3-HF-H2O system under laser illumination / J. Phys. Colloques. 1982. Vol. 43. No. C5. P. C5-313 – C5-319. DOI: 10.1051/jphyscol:1982536

13. Югов А. А. Пугачев Б. В., Югова Т. Г. и др. Структурные особенности, связанные с двойникованием в процессе роста монокристаллов арсенида галлия методом Чохральского / Кристаллография. 2020. Т. 65. № 6. С. 857 – 861. DOI: 10.31857/s0023476120060417

14. Бокштейн Б. С., Менделев М. И., Похвиснев Ю. В. Физическая химия: термодинамика и кинетика. — М.: МИСиС, 2012. — 259 с.

15. Fedorenko O. A., Dubina N. G., Khristyan V. A., et al. Treatment of the surface of blanks for fabrication of CdZnTe-based detectors / Semiconductors. 2011. Vol. 45. No. 8. P. 1126 – 1129. DOI: 10.1134/s1063782611080069

16. Нашельский А. Я. Технология полупроводниковых материалов: учеб. пособие. — М.: Металлургия, 1987. — 334 с.

17. Stirland D. J., Straughan B. W. A review of etching and defect characterisation of gallium arsenide substrate material / Thin Solid Films. 1976. Vol. 31. Nos. 1 – 2. P. 139 – 170. DOI: 10.1016/0040-6090(76)90358-8

18. Шифрин С. С., Освенский В. Б., Мильвидский М. Г. и др. Природа мелких ямок травления в легированных теллуром монокристаллах GaAs / Кристаллография. 1973. Т. 18. ¹ 6. С. 1299 – 1302.

19. Chiang S. Y., Pearson G. L. Properties of vacancy defects in GaAs single crystals / J. Appl. Phys. 1975. Vol. 46. No. 7. P. 2986 – 2991. DOI: 10.1063/1.321985

20. Шляхова А. Г., Шляхов А. Т., Галимов Э. Р. Калориметрическое исследование включений матричного металла в GaAs:Te / Ученые записки Альметьевского государственного нефтяного института. 2006. Т. 4. С. 423 – 432.