Свойства анодных слоев, сформированных на поверхности InAlAs(001) в таунсендовской газоразрядной плазме / Аксенов М.С., Валишева Н.А., Ковчавцев А.П., Гутаковский А.К.

Abstract

Пассивация поверхности полупроводников III-V диэлектрическими слоями является одним из основных процессов при изготовлении различных приборных структур на их основе. InAlAs является перспективным материалом для создания транзисторов с высокой подвижностью электронов и микроволновых фотоприемников. Анодные оксидные слои на InAlAs и high-k диэлектрики, используемые в настоящее время в качестве затворного и пассивирующего диэлектрических слоев, обеспечивают на границе раздела с полупроводником высокую плотность электронных состояний (~1012 эВ-1см-2 или более) [1-3]. Одним из методов пассивации поверхности, который позволяет значительно уменьшить величину плотности состояний (Dit) на границе раздела анодный оксид (АО)/III-V, по аналогии с границей раздела SiO2/Si, является модификация анодного слоя галогенами (хлор, фтор). Образование фторсодержащего анодного оксида (ФАО) на поверхности InAs путем электролитического окисления [4] или сухого окисления в таунсендовской газоразрядной плазме (ТГП) [5] позволяет резко уменьшить Dit до 5×1010 эВ-1см-2 (77 К) на границе раздела SiO2/InAs. Эффект значительного уменьшения Dit наблюдался также при окислении во фторсодержащей плазме поверхности GaAs [6]. В данной работе проведено исследование процесса окисления поверхности InAlAs(001) новым способом с использованием таунсендовской газоразрядной плазмы смеси газов O2, CF4, Ar при комнатной температуре. Описаны конструкция установки и принципиальная схема окисления. На основе изучения кривых Пашена и ВАХ разряда определены параметры окисления InAlAs (давление газовой смеси и напряжение на разрядном промежутке при различных соотношениях СF4/O2), обеспечивающие латеральную однородность горения и минимальную энергию ионов плазмы. Методом АСМ показано, что окисление при оптимальных режимах не влияет на морфологию и шероховатость поверхности. Изучены кинетические закономерности роста слоев. Методом эллипсометрии показано, что скорость окисления определяется соотношением O2/CF4. Изучение методом РФЭС химического состава слоев, выращенных при различных соотношениях O2/CF4, показало, что слои без фтора состоят, в основном, из оксидов элементов полупроводника (In2O3, Al2O3, As2O3). Введение 10% CF4 в состав окислительной среды приводит к образованию оксифторидов In, Al и As с соотношением O/F>>1. Анализ ВРЭМ-изображений границы раздела АО/InAlAs показал, что граница характеризуется резким переходом аморфный слой/полупроводник, а также высокой гладкостью (шероховатость не превышает 1-2 монослоя). Формирование анодного слоя во фторсодержащей ТГП приводит к увеличению шероховатости границы раздела примерно в два раза. Анализ ВФХ Au/SiO2/InAlAs МДП-структур показал, что окисление поверхности InAlAs в ТГП в среде без фтора перед осаждением SiO2 приводит к уменьшению Dit вблизи середины запрещенной зоны. Фторсодержащий анодный подслой на границе раздела SiO2/InAlAs приводит к закреплению уровня Ферми ниже середины запрещенной зоны.