Пассивация поверхности InAlAs анодными слоями, сформированными в таунсендовской газоразрядной плазме

Abstract

Хорошо известно, что границы раздела диэлектрик/полупроводник играют важную роль при создании приборных структур на основе полупроводников А3В5. Тройное соединения InAlAs является перспективным материалом для создания транзисторов с высокой подвижностью электронов и СВЧ-фотодетекторов [1, 2]. Достижение предельных параметров приборов на основе InAlAs, как и для других полупроводников А3В5, обеспечивается, в том числе, решением актуальной задачи формирования границы раздела диэлектрик/InAlAs(А3В5) с низкой плотностью электронных состояний (density of interface traps, Dit), которая, в отличие от границы раздела SiO2/Si (Dit=1010 эВ1 см-2 ), далека от совершенства. В представленных к настоящему времени работах, посвященных формированию границы раздела диэлектрик/InAlAs [3, 4], используют high-k диэлектрики: Al2O3 и HfO2, выращенные методом атомно-слоевого осаждения (АСО). Показано, что тип АСО диэлектрика (Al2O3, HfO2), его толщина и предварительная химическая обработка (пассивация) поверхности InAlAs не оказывают существенного влияния на величину Dit, которая во всех случаях составляет величину более 5·1012 эВ-1 см-2 . Одним из методов пассивации, который позволил резко (до значений ~5·1010 эВ-1 см-2 (77 K)) снизить Dit на границе раздела диэлектрик/InAs, является формирование на поверхности полупроводника фторсодержащих анодных оксидных слоев (АОС) методами электролитического [5] или плазмохимического окисления [6]. Метод сухого анодного окисления в таунсендовской газоразрядной плазме (ТГП) [6] за счет использования одинакового состава газовой среды для различных полупроводников является более универсальным и простым по сравнению с электролитическим окислением, в связи с чем, позволяет эффективно пассировать боковые стенки меза-структур, сформированных на многослойных полупроводниковых гетероэпитаксиальных структурах А3В5 сложного состава. Близость составов InAs и In0.52Al0.48As позволяет предположить, что данная методика пассивации будет эффективна и для InAlAs. Целью данной работы было изучение электрофизических и физико-химических свойств границ раздела АОС/InAlAs, сформированных в таунсендовской газоразрядной плазме (ТГП) в среде Ar-O2 с различным содержанием CF4. Методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии при послойном травлении ионами Ar изучен химический состав АОС для различных соотношений O2/CF4. Показано, что АОС без фтора, в основном, состоит из смеси As2O3, In2O3 и Al2O3. Введение CF4 в состав окислительной среды приводит к накоплению фтора в анодной пленке и образованию оксифторидов элементов полупроводника. Методом электронной микроскопии высокого разрешения показано, что при окислении без CF4 формируется резкая граница раздела АОС/InAlAs. Добавление CF4 приводит к существенному увеличению шероховатости границы раздела. Анализ ВФХ Au/SiO2/InAlAs МДПструктур показал, что модификация поверхности InAlAs окислением в ТГП без CF4 перед осаждением SiO2 обеспечивает существенное уменьшение Dit вблизи середины запрещенной зоны. Введение фторсодержащего анодного подслоя на границе раздела SiO2/InAlAs, наоборот, приводит к закреплению уровня Ферми ниже середины запрещенной зоны.