соотношением потоков азота и галлия. На рис. 6 представлен АСМскан слоев нитрида галлия, выращенных в галлий-обогащенных (Ga/N~1,6), а на рис. 7 – в азот-обогащенных (Ga/N~1) условиях.

По сравнению с гомоэпитаксиальным ростом арсенида галлия очевиден более развитый рельеф поверхности. Шероховатость в гал- лий-обогащенных условиях роста составляет более10 нм, в азотобогащенных – 100 нм и более при радиальном размере наноколонок до 150 нм. АСМ-сканы более гладких образцов, полученных в галлийобогащенных условиях, показывают наличие винтовых дислокаций и развитие роста вокруг них по шестиугольным спиралям. Такая конфигурация определяется вюрцитной структурой нитрида галлия. Из этих сканов очевидна более высокая неоднородность областей между винтовыми дислокациями.

Электрохимическое профилирование гетероструктур с нанослоями

Измерение распределения концентрации легирующей примеси и основных носителей заряда по глубине полупроводниковой структуры является важнейшей операцией контроля полупроводниковых приборов. Метод измерения вольт-фарадных характеристик давно и успешно

зарекомендовал себя как основной метод данного вида контроля. Од-

135

нако принципиальным ограничением традиционного (электрического) варианта этого метода является небольшая глубина профилирования, которая ограничена обратным напряжением пробоя диода Шоттки или p–n-перехода. Это имеет серьезное значение в случае материалов с высокими концентрациями носителей заряда, где обедненный слой является очень тонким.

Электрохимический C–V-профилометр (ECV-профилометр) позволяет преодолеть это ограничение с помощью системы электрохимического травления. Используя правильно выбранную электрохимическую реакцию растворения, материал можно профилировать до любой глубины при управляемой и рассчитываемой скорости. Поверхность раздела «полупроводник – электролит» ведет себя как диод Шоттки и таким образом позволяет выполнять измерения профиля концентрации носителей заряда.

При использовании электролита как для травления, так и для формирования контакта Шоттки с полупроводникомECV-профило- метрия представляет собой оптимальный метод с точки зрения эффективности измерения концентрации носителей заряда и обеспечения успеха технологического процесса еще до изготовления прибора.

Метод электрохимического профилирования может эффективно использоваться для точного послоевого контроля концентрации -леги рующей примеси, ее распределения по толщине и положения металлургической границы в p–n-переходе. Возможно травление образца на глубину до несколько микрон с точностью травления не хуже1 нм. Это позволяет применять его для контроля современных наноструктур, толщины отдельных слоев которых достигают единиц нанометров. Измеренный

с помощью электрохимического профилометра ECV Pro-UV Nanometrics концентрационный профиль основных носителей заряда в гетероструктуре InGaN/GaN с МКЯ показан на рис. 8, в нем наблюдаются пики от трех

квантовых ям. По этой зависимости можно точно определить период квантовых ям, а с помощью детального анализа можно получить более прецизионную и полную информацию о заряде, накопленном в КЯ, и об особенностях электронного спектра наноструктуры.

136

На рис. 9 представлен профиль концентрации носителей заряда в p–i–n-структуре на основе GaN. Электрохимический профилометр реагирует на знак заряда, уносимого электролитом, поэтому он позволяет измерять распределение концентрации электронов и дырок непосредственно в сформированном p–n-переходе готового прибора (рис. 9). Размытие краев p- и n-областей связано с диффузией носителей заряда в слаболегированную область на величину нескольких дебаевских длин.

Нужно отметить, что при исследовании полупроводников методом электрохимического профилирования получаемые значения концентрации, как правило, выше чем значения, измеренные методом Холла. Различие объясняется тем, что при C–V-измерениях на низких частотах происходит полная ионизация примеси в приложенном поле [3], а при холловских измерениях тестируется только ионизованная часть примеси. Эта доля зависит от энергии ионизации конкретной примеси и при комнатной температуре может быть в разы меньше величины легирования.

Электрохимический профилометр позволяет работать в двух режимах: в режиме вольт-фарадного профилирования с использованием верхнего жидкостного электролитического контакта и в режиме определения концентрационного профиля легирующей примеси равномерным стравливанием и измерением количества унесенного заряда по

137

закону Фарадея. Основной проблемой при работе во втором режиме является точный контроль координаты. Нами предложено совместное использование метода атомно-силовой микроскопии и метода электрохимического профилирования, что позволяет устранить потенциальную погрешность измерений в фарадеевском режиме, связанную с возникновением окислов на поверхности и границах раздела. АСМ-анализом подтверждено, что травитель, используемый профилометром ECV-Pro-UV, является полирующим. Например, шероховатость поверхности эпитаксиального GaAs до травления составляет2-3 нм, а после травления– 8– 10 нм. Таким образом, контролируя глубину и качество травления с помощью атомно-силового микроскопа, можно решить основную проблему вольт-фарадных измерений – проблему точного определения координаты в концентрационном профиле носителей заряда.

Виртуальные приборы

Среди всего многообразия средств эксперимента следует особо выделить активно развиваемые в последнее десятилетие технологии, использующие «виртуальные приборы». Их рассматривают как самые современные технологии создания лабораторных измерительных систем на базе компьютера.

Виртуальным прибором (virtual instrument) называют компьютер с платами сбора информации и соответствующим программным обеспечением, выполняющий функции настоящего измерительного прибора. Составными частями виртуального прибора являются графический язык программирования LabVIEW, платы сбора информации (встроенные в компьютер и внешние), драйверы устройств [8].

Научно-ориентированная система графического программирования LabVIEW вместе с соответствующими встраиваемыми в ПК платами сбора информации может охватывать все этапы научного исследования – от съема информации с конкретного физического устройства или датчика до презентации результатов в Интернете, в том числе непосредственно в режиме on-line.

Разработанный в нашей лаборатории виртуальный прибор для измерений вольт-амперных характеристик полупроводников показан на рис. 10. Его основой является блок NI-USB-6009 – портативное устройство сбора данных с8 аналоговыми входами, двумя аналоговыми

138