автореферат диссертации по электронике, 05.27.06, диссертация на тему:Исследование и разработка технологии коллоидно-химического полирования поверхности арсенида галлия

^ # #

4 л.

На правах рукописи

КОЗЛОВ Владимир Валентинович

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ КОЛЛОИДНО-ХИМИЧЕСКОГО ПОЛИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТИ АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ.

Специальность 05.27.об - "Технология полупроводников и

материалов электронной техники".

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук.

МОСКВА. 1997

Работа выполнена на научно-производственном объединении •Физика" г.Мооквы.

Научные руководители:

кандидат технических наук, доцент [ соколов И.А. I

кандидат технических наук, старший научный сотрудник А.С.Артемов5 Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Б.Г Захаров кандидат технических наук, стерший научный сотрудник D.M. Литвинов. Ведущее предприятие: НИИМЗТ г.Калуга.

Защита диссертации состоится " 3 " о^^и 1997 года в " /Г*'часов на заседании специализированного совета Л 053.08.06 в Московском институте стали и сплавов по адресу: 117936, г.Москва, Ленинский проспект, д.4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИСиС.

Автореферат разослан 1997 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат физико-математических наук

доцент В.В.Гераськин

' Актуальность проблемы. Современная микроэлектроника на и Бад* к 1995 г. освоила топологи» геометрических размеров элементов (длина затворов полевых транзисторов, расстояние между элементами нз кристалле, сечение и длина соединительных • проводников) с нормами 0,35 мкм и перешла на электронно-лучевую литографию. Прогнозируется, что тенденция ежегодного снижения топологических размеров в среднем на пж сохранится, и к гооз г. передовая промышленность освоит проектные нормы о,1 мкм, при этом минимальная толщина слоя изоляции между проводниками может составить порядка 1 нм для 51 и 8 нм для воде с числом транзисторов на кристалле 1 миллиард.

В области оптоэлектроники для расширения • рабочего спектрального диапазона интенсивно ведуюя работы по созданию инжекционных лазеров и полупроводниковых лазеров с электронной накачкой на основе изопериодических гетероструктур с ультратонкими (десятки нм) слоями сверхрешеток тройных и четверных твердых растворов соединений а3в5 большой площади на подложках бшарных соединений методами жидкофазной, газофазной и молекулярго-лучевой запахши.

Поэтому разработки микро- и оптоэлектронных приборов на базе

БоДаИ ДРУГИХ ПОЛУПРОВОДНИКОВ А3В5 ПрЯМО ЗЭВИСЯТ ОТ ВЫСОКОСОвершенной по геометрическим, структурннм и электрофизическим свойствам поверхности подложек и эпитзксйальных слоев. Получение ■ такой поверхности возможно в результате научного и технологического развитая метода коллоидно-химического полирования (ЮШ), как разновидности химико-механического полирования (ХМП), использующего твердые частицы коллоидного диапозонз дисперсности (8...40 нм), и изучения протекающих при этом физико-химических закономерностей разрушения поверхности твердых тел, что подтверждается последней технологической и комиерческой информацией за 1994...1996 г. в Журнале 5о1.31.ТесЬп.

■ Цель работы. Основной целью работы является разработка технологии ЮОТ и .финишной химической обработки пластин боа» с применением мегазвукз (и=850 кГц) (МЗ) для получения поверхности пластан со стехиометрическим соотношением ва/А» и оксидным слоем нм для Создания полупроводниковых лазеров с электронной накачкой. Конкретные задачи заключались в следующем: - изучить кинетику й механизм взаимодействия боа* с раствором гипохлоритз натрия в зависимости от концентрации щелочи, активного хлора, соды, гидрокарбоната натрия, скорости вращения пластины'

при температуре i6...5o°c;

- разработать технологию КХП пластин gqas композициями на основе гипохлорита натрия и золя кремнезема;

- современными физико-химическими методами изучить свойства полированных поверхностей, дать оценку влияния режимов КХП на их ' геометрические характеристики, толщину оксидного слоя, химическую чистоту, соотношение go/a», электрофизические свойства поверхности (скорость, поверхностей рекомбинации (s), подвижность носителей заряда (|i), поверхностный потенциал (Ф8). фотопроводимость, вольт-ампернке характеристики диода Шоттки) и предложить механизм процесса;

- разработать технологию финишной химической обработки пластин GaA» с использованием МЗ;

- применить технологию КХП goa» для создания полупроводниковых лазеров с электронной накачкой.

Научная новизна. ' Впервые изучен химический механизм растворения поверхности еадв в растворах гшохлорта натрия (CNq0C| = =60 г/л) при o<cNaOH<4 г/л и показано, что лимитирующей стадией скорости процесса является диффузия в растворе. При cNaQH<2 г/л в Naoci (cNaQC(=60 г/л) скорость процесса лимитирует диффузия nooh к поверхности. Нейтрализация noch добавлением мансо, определяет лимитирование скорости процесса диффузией Nazco3. При

cnqoh>2 г/л в WaOC' (CNaoci=6° г/л) СК0Р°СТЬ пр°Цесса лимитирует диффузия NaOCI „ ПрОДУКТЭМИ ВЗЗИМ0ДеЙСТВИЯ GaA» с NoOCI являются растворимые А®г0э, Na3AeO„, A»a0s, Ма3АвО|», Na3Ae (A«3d, ECBi = =40,6 ЭВ), NoGa<OH>» (Go3d, Есв>=18,7 эв) И ТруДНОраСТВОрИМЫе соединения Ga2o3, Ga(он >3• Установлено влияние на скорость растворения GaAe.концентрации щелочи, активного хлора, соды, гидрокарбоната натрия, температуры, позволившее обосновать оптимальное ■ соотношение реагентов в растворе.

На 'стадии финишной химической обработки впервые показано преимущество МЗ колебаний при достижении шероховатости rz<o,oi мкм и плоскостности пластин GaA» <1,5 мкм/см. Оптимизирована удельная мощьость излучения (\s Вт/см2).

Изучено влияние факторов КХП на химический .состав и электрофизические свойства поверхности gaa» и установлено, что наименьшая концентрация углерода со=21,98 ат.г. и кислорода cq=23,29 ат.% получена на поверхности после КХП при давлении р=(о,4...о,б).ю5 Па. При этом обеспечивается стехиометрическое соотношение ga/ae, максимальнее ф =-15 мВ. (¿=5540 см2/В.с и пробивное напряжение

барьера Шоттки, сформированного на поверхности Бад», которое возрастает от з до 13 в с уменьшением шероховатости я от о, 1 до <0,01 мкм соответственно посла полирования лсм1/о и КХП,.

На основании анализа роли механически факторов (твердые частицы эю2. полировальник, удельная нагрузка), химических факторов, установленных в результате изучения кинетических, закономерностей растворения Бале в N0001, и гидродинамических особенностей процесса предложен физико-химическ: 1 механизм процесса КХП, заключающийся в максимальной локализации механического воздействия в области поверхностного оксидного слоя и преобладании ' одновременно протекающего химического растворения поверхности.

Практическая ценность. Разработанная технология КХП Бед* полирующей композицией на основе гипохлорита натрия и силикозоля. финишной химической обработки пластин с МЗ (авторское свидетельство N 1604096) внедрена в серийное производство на предприятии НПО "Физика" г. Москвы, что позволило:

организовать промышленное производство пластин езде диа-метрбм 7б,2 мм с производительностью 200 шт./мес., электрофизические характеристики которых (диффузное рассеивание, равное о,78-160%.ю-6 част./стер., ЕЬ2(нейтрал.)=1,24ло1б±юя см-3,' р=1,2.108±7я Ом.СИ, Мй=б,6. Х04±51?! СМ~2, Ц=5,7.103±3% СМ2/В.С, п-9,з.ю6±7я см"3) позволяют получать молекулярно-лучевым методом гомоэпитэксиэльнне СЛОИ С Ц=5.103 СМ2/В.С И п=9.2.10б СМ"3; увеличить на юЖ выход годных пластин на операции КХП и финишной обработки; снизить нормы расхода исходных материалов на 8"5;

изготовить ряд варизонных лазерных элементов (ЛЭ), и.в частности на основе гетероструктуры Сад|д»/Балв, полученной методом жидкофэзной эпитаксии, работающие при комнатной температуре с ДЛИНОЙ волны излучения Х=0,8...0,9 МКМ, 8гас1 Е =4 МВТ/МКМ, п=

«о « £

=2.ю'° см , внешней дифференциальной эффективностью при

выходной мощности лэ рвкх.=5 Вт. При 77 к <з и *рвых# возрастают соответственно до и 9 Вт-,

изготовить ЛЭ на основе йза^об.) и; гетероструктур БаД| Дв/СаАа, БаД1ДэБЬ/БавЬ, 1пСаД«5Ь/(5с|5Ь, 1пВаА«/1пР, ВЫращеРНЫХ методом газофазной эпитаксии, работающих в диапазоне X от о,8 до з мкм, излучения которых при комнатной температуре с = 1 , 73... 1 , 78 мкм и Х=2,(12 мкм имеют максимальную и среднюю мощности соответственно больше о,28 Вт и о,15 Вт;

лазерные электронно-лучевые труСки (ЭЛТ). Ка защиту выносятся:

- результаты изучения кинетики и механизм растворения Бод» в растворах маос1;

- результаты разработки технологии КХП бал« на основе гипохлорита натрия и сшшкозоля и технологии финишной химической обработки с использованием МЗ излучения; —

- результаты изучения свойств поверхности боа» после КХП и механизм процесса! ,

- результаты применения разработанной технологии обработки Бада для изготовления: эпитаксиальных слоев методом молеку-лярно-лучевой эпитаксии; инфракрасных (МО-лазеров с продольной и поперечной накачкой электронным пучком; лазерных ЭЛТ на.эпитаксиальных двойных и тройных структурах, выращенных методом жидко-фазной и гэзофэрной эпитаксии; результаты разработанной технологии КХП. г а до линий-гал лке во го граната (ГГГ) для изготовления ЛЭ на основе гп5е/са3еа5Од.2.

Структура и объем работы. Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и основные положения, выносимые на защиту, показана ее научная новизна и практическая ценность результатов.

Первая глава посвящена обзору современного состояния техно, логии обработки пластин ЕаА&. Рассмотрены результаты исследова-■ ний физико-химических процессов, происходящих на поверхности, и отмечается недостаточное исследование химической составляющей процесса ХМП. Определено, что химические примеси (с, 5), области повышенной плотности дислокаций (ы^>ю8см~2), нарушения стехю-метрического состава поверхности ухудшай морфологию, подвижность носителей заряда, удельное сопротивление эпитаксиальных структур.

Во второй главе приведены результаты исследования кинетики и механизма растворения саА» в водном растворе ыаос!. 'Использованы метод вращающегося диска и анализ химического состава поверхности рентгеновской фотоэлектронной спектроскопией (РФЭС). Установлено влияние концентрации щелочи, активного хлора, соды, гидрокарбоната натрия, скорости вращения пластины и температуры. Определено влияние внешних факторов на стабильность химических свойств N0001.

В третьей главе изложены результата разработки технологии КХП пластин ¿од» композицией ■ на основе гипохлорита натрия и золя кремнезема, а также технологии последующей их химической обработки в растворах вн25о„:ш202:1Нао, 2мнчон:бн2о^.зн2а при активации ИЗ излучением. В качестве метода индивидуальной финишной обработки пластин предложен новый способ химико-динамического полирова-

ния (ХДП).

В четвертой главе рассмотрены результаты изучения свойств поверхности GaAe после различных видов КХП методами рефлектометрии, репличной электронной микроскопии, электронографийи, резерфор-довского обратного рассеяния (POP) каналируемых ионов, контактной разности потенциалов (КРП). Изучены и проанализированы закономерности взаимодействия коллоидных композиций КХП с поверхностью Бод», выявлено влияние химических, механических и гидродинамических факторов на формирование рельефа, образование точечных дефектов и скорость полирования-, предложена физико-химическая модель КХП.

Пятая глава содержит результаты применения технологии КХП goa» для создания ЛЭ с продольной и поперечной электронной накзчкой на основе гетерээпитаксиальннх структур, вырэщзншх методами жидкофэзной и газофазной эпитаксии, а также для разработки лазерных ЭЛТ. '

Диссертация состоит из введения, пяти глав, общих выводов, одного приложения и списка цитируемой литературы (us источника). Текст диссертации содержит 178 стр., 68 рисунков и 31 таблиц.

Апробация работы и публикации. Результаты работы докладывались на научно-техническом семинаре "Технология изготовления прецизионных оптических элементов", г.Санкт-Петербург, 1996 г. По материалам диссертации опубликовано б печатных работ, получено i авторское свидетельство.

КИНЕТИКА•И МЕХАНИЗМ РАСТВОРЕНИЯ GaA» В ВОДНОМ РАСТВОРЕ ГШ10ХЛ0РИТА HATFMH.

В работе использовали ггаюхлорит натрия ГОСТ по8б-7б марок А, Б, В, содержащих различные концентрации гипохлорита, хлоратов, натриевой щелочи и карбонатов; его химический анализ проводили иодометрическим методом. С учетом зависимости рн раствора Naoci от времени Выдержки в закрытом й открытом сосудах установлено, что для сохранения химической активности его необходимо хранить в концентрированном состоянии при температурах т=о..ло°с в плотно закрытой таре; температурный интервал применения не должен превышать 5о°с.

Кинетику растворения GaAe исследовали при неподвижной пластине и ее вращении (w=7 рэд/с) при т=зо...5о°с. Использовались плас-

тины полуизолирующего g<ja« (АГЛ) <юо) диаметром 76 мм (п=ю7 см-3; ц=5.ю3 см2/В.сек; Nd=io5 см"2), вырезанные из одного монокристалла, выращенного по методу Чохральокого.

Расчет кажущейся энергии активации в случае вращавшейся пластины дал значение Еа,=9.59 кДж/моль и в случае неподвижно," илзс-тинн Еа2=2,93 кДж/моль [ i ¡. Зависимость скорости травления от вращения и величина кажущейся ькнргии , активаиии (по А. В. Р.каноау Еа<2: ,з ■кЛч'-'/моль) укаы.йаю-г на то, что шштирущей стадией про-' цес(;а является диффузия реагентов в растворе. Лимитирующей стадией растворения goa® в растворах Naoci (С,. =60 г/л, С., „,,<2 г/л)

nquui nouh

является диффузия naoh к поверхности (рис.1, участок г). Окисление GoA» гипохлоритом натрия протекает по реакции:

4GaAe»l?NaOCI--->2Ga2Q3-2Ae203*12NaCI (1)

При cNa0H>2 г/л реакцию лимитирует диффузия naoci к поверхности (рис.1, участок п). Растворение оксидов щелочью •происходит согласно реакциям:

Ga203 + 2NaOH i 3H20---> 2Na[GQ(OH),J (2)

Д«20э + 6NaOII---> 2No3A»03 + 3H20 (3)

При изменении температуры (рис.1) в интервале 20...40 °с происходит смещение максимума скорости растворения. Это связано с большей энергией активашш окислительной реакции (i), чем у реакций растворения оксидов (2, з), так как расчет подтверждает термодинамическое преимущество реакции окисления (Ao°gg=-4oi5,6 кДж/моль, Дс° 8=-эз51,4 кДж/моль) перед процессами растворения оксидов (2) UGj98 = -432 КДЖ/МОЛЬ, AG°2g=-483,57 КДЖ/МОЛЬ). НейТрализация свободной щелочи nohco3 обусловливает лимитирование скорости растворения coa» в Naoci диффузией соды к поверхности.

Методом РФЭС исследована 'поверхность GaAe перед растворением в NaOCI. В Области 4*3d двэ пика с £СВ1 = 41,2 ЭВ и Есв. 2=44'9 301 соответствующие соединениям goa® и а»2о3 (рис.2, кр.1). Для go3d сдвиг по.энергии связи, соответствующий goa» и Ga2o3, значительно меньше (\i,2 эВ). Результирующий пшс имеет ассиметрию со стороны больших энергий. Как показано на рис.з, кр.1, пик может быть разложен на две гауссовых кривые с Рсв<1=19.з эВ (gaa») и Есв 2=20,5 эВ (са20з) С2]. Обработанная NaOCI при сМа0Н<1,5 Г/л поверхность' goa® имеет толстый слой оксидов (рис.2, кр,2), в котором следов кю и ci не обнаружено (з].

Химическое растворение при cNaOH>2 i'/¿ ведет к кардинальному изменению фотоэмиссионных СПвКТрОВ для A»3d и Go3d <рис.2, кр.з, и рис.з, кр.2). Возникают химические состояния д* и Ga с низкими

энергиями связи ECBil=40,6 ЭВ (Aa3d) и есв.2=18,7 эВ (Go3d)' появление которых связано с пиком Mais (Есв>=ю71,8 эР). Увеличение электронной плотности на Ga и а» может быть объяснено образованием Ma3Ae (Ae3d, Есв=40.6 ЭВ) и NaGaCOHJ* (Ga3d, Есв = =18,7 эВ) [4]. Сильная локализация плотности заряда на л» вызвана ионным характером связи Na-Ae, поскольку ионные составляющие связи для №эдз и GaAe соответственно раьны 1,1 эВ и 0,4 эВ по шкале э'лектроотрицательности Полинга. Измеренный спвиг пика Авза, равный о,б эВ, приближается к выше рассчитанному зндчению. Те же аргументы справедливы для связи Na-ua.

Взаимодействие GaAe с раствором Naoct (cNa0j)>2 г/л, cNa0C| = =60 г/л) приводит к адсорбции на поверхности Na (NalS, Еср_ = 107 1,8 эВ), что указывает на изменение лимитирующей стадии реакции. Растворение GaA» в Naoci в присутствии щелочи можно выразить общей реакцией:

GaA9»4NciOCI *3NaOH--->Ga<OH)3*Na3AîiO^MMaCI <4>

Молекулы NaOH и Naoct должны доставляться диффузией к поверхности в эквивалентных количествах, т.е. в квазистационарных условиях (по Д.А.Франк-Каменецкому) должно выполняться требование стехиометрии диффузионных потоков. Для реакции (4) это требование будет следующее:

JNaOH/n=JNaOCI/m (5) где jNa0H-диффузионный поток NaOH к поверхности; п=з -'стехиометрический коэффициент NaOH; jNa0C,-диффузионный поток Naoci к поверхности; щ=4 - стехиометрический коэффициент Naoct . При разбавлении водой Naoci (1:10) на поверхности GaAe ne обнаружен Na (Nais, Есв_=ю71,8 эВ) (рис.4), что подтверждает лимитирование растворения диффузией Nam к поверхности [ з j. При разбавлении i : во на поверхности адсорбируется Na, что указывает на смену лимитирующей стадии,, т.е. реакцию лимитирует диффузия окислителя (Naoci). Поскольку стехиометрический коэффициент реаквди окисления (т=4) больше, чем у реакции растворения продуктов окисления (п=з), это способствует.более быстрому уменьшению поступления Naoci к поверхности по сравнению с nooh при увеличении разбавления раствора. Это является причиной смены лимитирующей- стадии растворения gaae в

NaOCI '.

Таким 'образом, обосновано использование гипохлорита натрия (cNaOC|=60 г/л) для химического полирования GaA» в диффузионном режима, которое протекает при cnadh<2 г/л с образованием а.2о3, Ga203 и при отсутствии НЭ ПОВерХНОСТИ Na. При С,^-.,^ Г/Л HU

ю

поверхности формируются ямки, указывающие на протекание процесса в кинетическом режиме.

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ФИНИШНОГО КОЛЛОИДНО-ХИМИЧЕСКОГб ПОЛИРОВАНИЯ ПЛАСТИН- Сад«-КОМПОЗИЦИЯМИ НА ОСНОВЕ ПШОХЛОРИТА НАТРИЯ И ЗОЛЯ КРЕМНЕЗЕМА И ТЕХНОЛОГИИ ПОСЛЕДУЮЩЕЙ ИХ ХИМИЧЕСКОЙ.ОБРАБОТКИ. •

Для промышленной технологии КХП рекомендуется использовать гипохлорйт марки А, который содержит сКаОН<0>5'% мае. и обеспечивает на поверхности минимальный оксидный слой (^2 нм) по данным аллипсометрии.

По измерениям температуры с помощью неконтактного измерителя ытм при . КХП- за счет трения возникает градиент температуры (Лтмо°с) от центра к периферии пластины, что способствует разной химической активности'композиции, поэтому исследовали влияние температуры композиции на скорость сьема. Наибольшая зависимость скорости растворения от температуры композиции наблюдается при объемном соотношении маоа (разбавление г:гз> и золя (разбавление 1:5), равном 2:1 (рис.5). Однако при уменьшении содержания ¡ода (композиция 1:1) активизация химических факторов недостаточна..Увеличение объемного содержания N0001 в композиции до соотношения зп приводит к уменьшению скорости растворения с ростом температуры. В результате чего возникает повышенное содержание щелочи (рн=п,з) и растворение зш2;

2510г-2Ыс>0Н —> Ма231205*Н20 (6)

С увеличением температуры композиции до т=50°с растворение 5ю2. протекает более активно, что ведет к уменьшению, содержания ионов он" и замедлению скорости травления БаДв от до о,о5 мкм/мин. Оптимальное соотноиение в композиции между №оа и золем можно установить из■зависимости рн при разных соотношениях компонентов от' вромени выдержки. Для соотношений компонентов 4:1 изменение рн от 11,5 до 9,5 происходит наиболее быстро (рис.6) из-за расходования иаон (реакция б). Для подтверждения провели серию процёссов ЮОТ на станке мегаро! композициями разных составов. При соотношении' маос( и золя 2.1 была получена плоскостность 0,23 мкм/см, при другт условиях она увеличивалась из-за уменьшения действия химического фактора. Водяное охлаждение полировальников при КХП способствует замедлению процесса распада ыаоа и уменьшает диффузное рассеивание монохроматического лазерного

н

излучения \-o,6325 мкм поверхностью GaAa с 200 до 50 отн.ед..

Зависимость скорости съема GaAs (Megapol) от давления при ЮТ композицией на основе гапохлорита натрия марки А и' золя в объемном соотношении 2:1 показывает, что при увеличении р от o,i. юь до о.з. ю5 Па она растет, а поверхность имеет макронеровности (травленные участки), что обусловлено преобладанием химических факторов над механическим воздействием. Оптимальный диапазон изменения р для КХП равен (0,4.. .о. 6) ло5 Па, з котором, наблюдается наибольшая скорость съема v=i2 мкм/ч .и отсутствуют макронеровности. При р>о,б.ю5 Па на поверхности появляются царапины, которое являютоя результатом возросшего механического действия, а скорость съема уменьшается из-за термораспада гипохлорита ■ натрия, так как температура при КХП повышается до. бо±о,1°с. Зависимость диффузного рассеивания лазерного излучения поверхностью пластины gaas от давления, которое изменяется от о,2.1о5 до i ; ю5 Па, имеет минимум, равный ¡во отн.ед. при о,4 ло3<р<о,6. ю5 Па. В этом случае оксидный слой имеет тощкяу до 2 нм. В интервале р<о,4.ю5 Па наблюдается образование оксидного слоя толщиной d = 5 нм. Его рост до 8 нм При р>0,6.105 Па увеличивает диффузное рассеивание поверхностью из-за повышения температуры пластины и роста шероховатости (к2). Увеличение рн композиции от э до 12 ведет к заметному возрастанию диффузного рассеквания, что связано с ростом в композиции концентрации ионов гидрооксида он", способствующих образованию оксидов. Использование водяного охлаждения полировальников уменьшает диффузное рассеивание до 50 отн.ед. из-за уменьшения распада nooci. -Скорость вращения полировальников практически не оказывает влияния • на повышение температуры пластины и толщину оксидов. Скорость сьема КХП в композиции с Nacci возрастает с увеличением концентрации

ЗОЛЯ (ТабЛ.1) При ИХ соотношении 2:1.

Таблица i

Зависимость скоростй КХП от концентрации sma в композиции

N П/П CSÍO2' ' я мае. Скорость съема, мкм/ч

1 2 4 23 12 20

Следовательно, твердые частицы золя влияют на химические реакции в зоне полирования. 'Использование элплаза-к с размером частиц поряд-

и

ка о,1...о,5 мкм увеличивает скорость съема до 40 мкм/ч, но на поверхности боАэ появляются царапины, так как механическое воздействие преобладает над химическим.'

На станке двухстороннего полирования мекаРо1 при формировании партий, состоящих от з до 9 'шастан диаметром 76,2 мм, скорость растворения уменьшается от о,7 до о,2 мкм/мин из-за расхода активного хлора. Увеличение, концентрации гипохлорита натрия в растворе за счет уменьшения разбавления его водой от 1:20 до'1:13 компенсирует уменьшение скорости съема.

Процесс химического полирования активизировался МЗ излучением .на установке фирмы р1иогосагЬоп с частотой ь=85о кГц. Исследование кинетики химического полирования пластин боа» (юо) проводилось при варьировании концентрации компонентов в смеси н25о^:н2аг-'н2о.

Для раствора вн2зо^:1н2о2:1н2о с высокой концентрацией н2зо* •энергия активации составила 421 кДж/моль. При низком содержании . н^о^ (1 :4н2о2) значение энергии активации повышалось до \41,9 кДж/моль. Увеличение Еа свидетельствует о возрастании влияния химической кинетики, что подтверждается зависимостью скорости растворения от кристаллографической ориентации поверхности в смесях с низкой коцентрацией н250ч. • Примерное равенство скорости растворения (у=о,5■ мкм/мин) различшх кристаллографических- плоскостей (юо), (1п), (но), (иг), (пз) при соотношении компонентов 8н250^:1н2о2:1нго и увеличение ее до 1,о мкм/мин при вращении пластины ио=4 рад/с) свидетельствуют о лимитировании процесса диффузией. Активация взаимодействия полирующего химического раствора вн230ч:1н202:1н20 с помощью МЗ излучения способствует еще большему возрастанию скорости растворения до 1,6 мкм/мин.

Твердые частицы загрязнений размером около о,з мкм эффективно удаляются МЗ при плотности энергии 5..л о Вт/см2, которая меньше в зо раз по сравнению с плотностью энергии при низкочастотной ультразвуковой очистке (и=20...80 кГц). Расчет показывает, что при МЗ излучении с плотностью мощности 7,5 Вт/см2 и частоте 850 кГц время между импульсами составляет ы мкс. Оно является недостаточным для образования кавитационных пузырей. За 1 с внутренняя энергия раствора изменяется на 7,5 Дж. Максимум мгновенной скорости молекулы в этих условиях составляет о,э м/с. При этом ее ускорение рално 8.1 о5 м/с2. За половику периода молекуль воды передвигается на расстояние о,2 мкм, учитывая, что средняя скорость движения молекулы равна о,45 м/с; давление МЗ излучения равняется 4 л о5 Па.

Кинетика процесса взаимодействия раствора en2s0n-.in202: :ih2o, а также раствора 2ж»0н:5н20г:зн20 с пластинами gaa» на установке с МЗ облучением лимитируется диффузионной стадией, что . позволяет рекомендовать юс для двухстадайной химической обработки • после КХП. Использование МЗ излучения плотностью s Вт/см2 обес-печивгет активацию процесса, химического полирования, не изменяя диффузионный режим процесса, способствует увеличению скорости химического полирования в з раза соответственно для первого из них (от 1 до з мкм/мин). и в 2 раза для второго, WT о,7 цо 1,4 мкм/мин) с величиной r'=o,oi2 мкм; плоскостность пластины после обработки составляет i,o мкм/см.

Установлено, что сушка пластин в центрифуге при т=4о°с в потоке азота уменьшает диффузионное рассеиваниз поверхностью от 250 до юо отн.ед. Выдержка пластик-GaAe нэ воздухе в течение до чин способствует образованию да2оэ, Ga2o3, однако хранение в азотной атмосфере и в кассетах из пропилена препятствует их возникновению и сохраняет химическую чистоту поверхности в течение зо дней,

Для иьдквукуальксй финишной обработки по пложен goae раярабо- -тан усовершенствовяннкй метод ХДЛ, в соответствии с которым используется омесь 1hf:1н2о2 г 5 ]. Химическая обработка проводится при т=20°с с перемешиванием раствора в течение зо мин перед ХДП. Суть метода заключается в том, что образец помещается на. пьедестал в сосуд с химическим раствором, а ХДП обеспечивается вращениём мешалки в виде гонкого диска параллельно поверхности пластины, которое совершается над пластиной с отношением скорости вращения диска вокруг собственной оси (to1 ) к скорости вращения вала диска вокруг вертикальной оси,проходящей через центр пластины (а>2) равном о,5...4, при расстоянии диска до пластины Ю...40 мм и углом выемки в держателе пластины 40...50°. Это позволяет получать пластины gaae С ПЛОСКОСТНОСТЬЮ меньше 1,5 МКМ/СМ И Rz=0,013 мкм.

ИЗУЧЕНИЕ СВОЙСТВ ПОВЕРХНОСТИ GaAs ПОСЛЕ . . РАЗЛИЧНЫХ.ВИДОВ КХП И МЕХАНИЗМ ПРОЦЕССА

В работе использовался подход последовательного .изучения современными методами структурных, химических и электрофизических свойств поверхности пластин после различных видов КХП.

Анализ спектров РОР указывает на меньшую степень нарушения поверхности GaA«(ioo) При использовании силккозоля по сравнению с ' аэросилом, видимо, из-за меньшего интервала дисперности частиц

'H

силикозоля. Ориентация поверхности goAo практически не влияет на степень нарушения поверхностного слоя при одинаковых условиях КХЛ

(п1аэр.(П1Г3'71-1015 ат/см2! п1аэр.(Ш)=3'98л°15 ат/см2).

Методом РФЭС поверхности goa* послё КХП композициями с Рн<7 установлен избыток атомов а». Олтималкное отношение h2o2/n<joh= i, 5 обеспечивает стехмометрическое соотношение da/а». На поверхности gaaa после КХП методом Оае-спектроскопии найдены наименьшие концентрации углерода и кислорода соответственно 21,98 % ат. и 23,29 % ат. при р=(о,4...0,6).lo5 Па. После хранения пластин goa* на воздухе в течение б месяцев обнаружены глубокие (до 9 нм) углерод-содержащие слои. Диапазон изменения р при КХП от- (0,1...0,25).105 до " (о,8. ..1,0). ю5 Па имеет максимальное Ï>s=-i5 мВ при р= = (о,4.. .0,6). ю5 Па. N

Ф8 ' пластин GoA» после KX1I, измеренный КРП, изменяется при избытке Go и а» соответственно от -115 до -и мВ. Углерод и кислород адсорбируются по акцепторному механизму и фз увеличивается соответственно до -168 и -93,1 мВ.. Увеличение s от 0,5 до 2,7 отн.ед. у пластин goa» вызвано уменьшением соотношения go/a» от 1,3 до о,б. Повышение плотности дислокаций (^» поверхности goa* после неоптнмального режима КХП от 7.103 до 7.104 см"2 уменьшает от -юо до -iso мВ. Избыток на поверхности go или а* изменяет ц соответственно. от 2920 до 3540 см2/В.с. Росту р. способствует приближение к стехиометрическому составу основных атомов, однако значительная концентрация примеси углерода (акцепторные уровни) являются причиной ее снижения. до зно см2/В.с. Пробивное напряжение диода Шоттки, сформированного на поверхности g<ja», возрастает от з до 13 в с уменьшением rz от о,i до 0,01 мкм.

Рассмотрим механизм КХП gqa® с учетом полученных результатов, и выделим в нем четыре основные аспекта, определяющих скорость процесса и свойства поверхности: роль химических и механических факторов, образование дефектов в поверхностном слое и гидродинамические особенности полирования.

Первый аспект.Химические факторы (состав и концентрация химических компонентов, рн, температура, вязкость) при взаимодействии поверхности GaA« с водным раствором NaOCI (рИС.1, 2, 3, 4) проявляются в следующем. Концентрации щелочи и соды существенно влияют на скорость съема (v) GaA®(ioo) в растворах nqoci (рис.1) в узком температурном интервале i6...4o°c, когда v изменяется- от о,5 до 2 мкм/мин; v растворения GoA» также сильно зависит от разбавления Naoci и от перемешивания при разных добавках к нему соды, когда v

/г

изменяется 010,2 до з,5 мкм/мин. В растворах №зюс1 без силикозоля происходит неоптимальное (невоспроизводимое и неполное) полирование поверхности с \г-20 мкм/ч .(рн=и), а оптимальное -■. только в присутствии золя с V-12...14 мкм/ч при рН композиции равном 9, ' которое практически равняется рн исходного золя. Заметим что, если бы частицы вЮх оказывали абразивное воздействие, то V .было бы значительно больше 20 мкм/ч. Следовательно, влияние золя заключается в резком уменьшении рн композиции, увеличении ее вязкости, создании вязкого слоя у поверхности бой» и тем сдмым замедлении диффузионных процессов через него в ходе растворения, то есть влияние химического воздействия золя сказывается значительно сильнее механического.

Механизм растворения боа» в N0001 можно представить следующим _ образом (рис.7). N0001 адсорбируется на поверхности (рис.7, стадия 1) и окисляет БаА® (стадия 2), с образованием адсорбированных продуктов реакции Ба2о3, Да2о3> сод»оч. Реакцию взаимодействия лимитирует или диффузия ЫоОН при сМа0Н<2 Г/Л и сма0с| =60 г/л (стадия з), или диффузия N0001 при г/л и сМа0С, =60 г/л (стадия 1). В результате на поверхности образуются маоасош*, Ма3л*о3, МаэА», Ба<он>э (стадия 4). При нейтрализации №ом реакцию растворения" лимитирует или диффузия №>2СОз (стадия 5) при См<32СОз<13 г/л, СМаОС1 =60 г/л* и'ш К0001 (стадия 1) при сМо со2>17 г/л и той же концентрации маоа . В итоге на поверхности образуются соединения Па3А«03, вас ОН>3, МаБа<ОН>ч (стэдия б). Растворителем для продуктов окисления также является н2о, которая адсорбируется на поверхности из объема раствора (стадия 7) с образованием б<э<он>3, н,Аво3 (стадия 8). Адсорбированные соединения переходят в раствор . в зависимости от степени их сольватации (стадии 9, ю, и): Мс^аСОН>„ , Ыа3А«03 , Ыа3Ав, И3Ав0а^ растворяются В в0д6 , а Ба(ОН)э остается на поверхности и удаляется одновременно - с другими продуктами реакций либо ворсом, либо частицами бю, и турбулентными потокамиг т.е. химическое воздействие протекает в молекулярном масштабе и локализовано на структурных центрах поверхности-.

но о" но о он

\ / \ " /

0а Ав

* I Л I

А-з Аэ Ав Ба

Второй аспект процесса 1СХП - это четыре группы механических факторов: твердое частиЦн кремнезема, удельная нагрузка, прилагаемая к материалу и опосредованно к частицам, свойства полировалыш-

1Ь

ка, а также механические свойства материала.

Поскольку методом ГОМ было установлено отсутствие дислокаций в поверхностном слое после КХП, было сделано два предположения для выявления роли твердых, аморфных, сферических частиц 5Ю2.

Предположение первое состоит в том,—что происходит упругое

сжатие сферой плоской поверхности соде, аналогичное инден-

тированию. Тогда расчет глубины вдавливания (ыо) и диаметра

отпечатка (б) согласно,формуле Герца рп=(4/з).УЁ.еп.и^/2 (7), где

к- радиус сферической частицы,- рп- сила, действующая на одну

частицу; 'еп=118 ГПа - модуль Юнга для боао при'давлении ю4 Па и

концентрации частиц зт2 0,05% об. в суспензии показывает, что при

диаметре б частицы эти величины составляют: р=5 нм, шо=5.10~2 км,

<1=0,1 нм; С=10 нм, со =1.10-1 нм, (1 = 0,2 нм; 0=15 нм. Ш = 2. ю-1 нм, о о

(3=0,3 нм. Т.е. с учетом размеров сепарированных частиц в золе (.8... 12 ьм) локализация зоны упругой деформации соответствует приблизительно периоду решетки (аСаД(>=о, 565321 нм).

Предположение второе состоит в том, что частицы эт^, оказывают прямое микроабразивное воздействие с образованием шероховатости рельефа, составляющего 1/30...1/40 часть от их размера, и частиц износа размером примерно 1/5. часть также от их размера (Л.О.Цес-нек). Тогда в разработанном процессе шероховатость должна составлять к =0,25...о,35 нм, а частицы износа - нм, что также совпадает по порядку величин с ¿БаДв- Однако с учетом одновременного химического растворения Бале, сопровождаемым уменьшением шероховатости микрорельефа, тангенциального воздействия частиц и жидкостного трения, более убедительным представляется допущение непосредственного их воздействия на поверхностные окисные, гидроокисные и другие химические соединения, локализованное в.микрообъемах порядка 2...з нм по глубине и вдоль поверхности, что совпадает по порядку величин с их размерами, толщиной поверхностных окисных слоев (по данным элмипсометрт 2 нм), высотой шероховатости формируемого рельефа (о-о,7 нм), с размерами продуктов износа (диспергирования), сопровождаемое их уменьшением за счет химического растворения до молекулярной дисперности( т.е. воздействие твердых коллоидных частиц сконцентрированно на группе структурных элементов поверхности.

На интенсивность проявления химических факторов и воздействия твердых частиц существенное влияние оказывают свойства.полировальников, которые можно разделить на ворсистые и неворсисгые, предполагая примерно одинаковую их пористость. Тогда ворс в зависимости от ру11 может играть различную роль, непосредственно удаляя поверх-

ностные окислы в макромасштабе (при низких руд=10...20 г/см2), практически не принимая участия в их удалении при ропт =40...б0 г/см2, и усиливая механическое трение и износ материала при РуД>150...200 г/см2. Дли неворсистых полировальников при минимальных нагрузках происходит интенсивное химическое растворение, зависящее от взамовлияния всех химических факторов, практически без ' участия sio2 (в том числе и для полирующих травителей, как в случае Naoci); при Рот _ ' поверхностные химические соединения в основном удаляются твердыми частицами золя-, а при Рмакс процесс вырождается в макромасштабное коррозионно-механическое изнашивание. Эти факты подтверждаются: видом зависимости v=f(p) при КХП GciAs, аналогичной зависимости v= f(с^а0Н) п?и его химическом полировании. в объеме трэвителя,- особенностями КХП GaAe по сравнению с ХМП микрогетерогенными композициями элплаза-к и алюмосиликатов{ существенным воздействием на течение процесса технологических параметров РуЛ>. v, ы и их взаимовлиянием, свидетельствующим о том, что скорость съема и свойства поверхности определяете.. диффузионными и химическими факторами. Г.е. Руд вместе со свойствами полировальника игра 1 роль регулятора конкурирующих одновременно протекающих двух механических.и одного химического процессов-, воздействия твердых частиц, ворса полировальника и химического растворения, проявляющихся в различных масштабах. Такая интерпретация особенности воздействия механических факторов, очевидно, не предусматривает определяющей роли в процессе КХП механических свойств GaAe (микротвердости, упругих констант, предела текучести и др.), а только кристаллографических (например, направления плоскостей), которые тесно связаны с химизмом процесса.

Третий аспект - это возможные процессы образования точечных дефектов при КХП. Сравнение энтальпий образования Дн «2,0 эВ, Дн„. =i,6 эВ, &н. .=1,1 эВ показывает, что наиболее легко должны

VGa Asi '

возникать междоузлия а», и v_ двумя путями-, за счет механических

1 Ь<Э ^

воздействий (циклических нагрузок) и химического . растворения. Однако, как было показано выше, при КХП твердые аморфные частицы sio2 не оказывают прямого абразивного воздействия на макрообъемы поверхности, и, следовательно, элементарные контактные акты "сжатие-разгрузка" не возникают; то есть процесс образования точечных дефектов в поверхностном слое GaAe посредством диффузионно-вакансионной (мёжузельной) кинетики не реализуется.

Образование дв. возможно также в процессах химического растворения (полирования) GaAe или КХИ при рн<7, в которых поверхность

/г

обогащается мышьяком по данным эллшсометрш. В настоящей работе используются растворы и суспензии с рн>7, и свободный мышьяк на поверхности за счет диффузии д», не фиксируется методами РФЭС и эл~ липсрметрии.

Образование неравновесных vG<j по А.Г.Итальянцеву может происходить при химическом растворении g<ja» в случае выполнения четырех условий, Tpj; из которых в данном процессе не выполняются. Во-первых, взаимодействие GaAa с Naoci осуществляется через . адсорбцию Naoci на поверхности (рис.7, стадия 1) и окисление GaA» (стадия 2) с образованием адсорбированных продуктов реакции ga2o3, дв2о3, GaA«o». Растворение этих соединений лимитирует химическую реакцию взаимодействия goa» с nooci . В этом случае, несмотря на фактическое удаление материала, прямой химической реакции травления собственно GoAe не происходит, и vGa не должны образовываться. Во-вторых, химическое растворение GaAe в Naoci лимитирует диффузия в растворе, что определяет полирующий режим травления, который характеризуется значительным превышением тангенциальной, составляющей скорости растворения над нормальной; поэтому второе условие также не выполняется. В-третьих, резка слитков goa« может производиться с точностью меньше ¿9vj' и последующая обработка пластин точность, ориентации сохраняет. Поэтому третье условие выполняется, т.к. при КИ1 доминирует отрыв атомов от изломов атомных ступеней в Тангенциальном направлении, а доля отрыва в нормальном мала. В-четвертых,- при средней продолжительности процесса КХП t=5400 с, т= г-зоз к скорость доения диффузионного фшьта v_ разня \,о,01 п^р

. ^ Ga 1 ., МИН

COIMÏ.ichO ВЫрОЖ.-КЯМ Dv=10 . охр(-0. 3 3/кТ) И vTp. <<(Dv/t > ' . ПрИ '

КХП пластин goa» композицией на основе Naoci и золя скорость съема составляет 0,2 мкм/мин, что значительно выше скорости движения диффузионного фронта v_ . Поэтому, если v_ и возникают, то они не

GO ВО

успевают диффундировать в глубь • кристалла, так как удаляются вместе с поверхностным слоем.

Таким образом, за счет химического растворения GaA» в данном процессе КХП неразновесные vGa и д». в поверхностном слое возникать не могут.

Четвертый аспект. По гидродинамическим условиям КХП представляет собой гетерогенный процесс, интенсификация которого определяется переходом к турбулентному движению жидкой среды. Помещение пластины на насыщенный коллоидным составом полировальник и последующее их вращение под нагрузкой в некоторых режимах создают три основных фактора, вызывающих турбулентное ■ дви-

\

/у

жение среды: ворс полировальника, •шероховатость поверхности пластины и твердые частицы По линейным размерам их можно разделить на три основных типа: максимальные (размер ворса и пор полировальника (доли мм)), средние (шероховатость рельефа поверхности полируемых пластин (и2=0,025... 0,032 'мкм)), и мичимльные (твердые коллоидные частица !Ю], .40 км). Существенное влияние на них оказывают технологические факторы: РуД , ы и V.

Действительно, при к2=о,5 мкм (шлифованная поверхность) влияние шероховатости на турбулентность резко возрастает, и оно может быть сравнимо или превышать влияние ворса полировальника. ' При КХП пластины после АСМз/2 (2/1, 1/0,5) со временем влияние к2 уменьшается и становится соизмеримым в конце процесса с влиянием твердых частиц. В свою очередь у поверхности имеет Место массоперенос за счет диффузии химических агентов (например, маон, N0001 и др.). При избыточной подаче либо раствора иаоа, либо КОЛЛОИДНОЙ КОМПОЗИЦИИ (У=35 МЛ/МИН), малых Руд_(20...:ю г/см2) и низких ш (ю об/мин), когда полирование затруднено их влияние на возникновение турбулентности значительно слабее, чем влияние оптимальных значений режимов, и тем более форсированных. Следовательно, при анализе гидродинамических условий КХП,' необходимо учитывать все факторы в отдельности и во взаимовлиянии, что представляется сложным.

Можно предположить, что ворс и поры полировальника определяют в основном крупномасштабные пульсации, а шероховатость рельефа, твердые частицы и их концентрация - мелкомасштабные. Из-за влияния ворса и твердых частиц при малой шероховатости поверхности пластины на продольное течение композиции по полировальнику и пластине накладывается поперечное, и нормальная составляющая скорости приводит к более интенсивному, чем при ламинарном движении обмену импульсами в поперечном направлении.

Основную часть энергии потока несут крупномасштабные пульсации, обусловленные полировальником, у которых скорости пульсаций соизмеримы с максимальной скоростью потока композиции. Крупномасштабные пульсации, накладываясь друг на друга, образуют мелкомасштабные, величина которых уменьшается по мере приближения к поверхности пластины. Затухание их (в основном за счет столкновений твердая частиц друг с другом и с отдельными выступами рельефа при одновременном уменьшении влияния ворса у поверхности пластины) приводит к диссипации энергии потбка. Интенсивному характеру мелкомасштабных пульсаций отвечает

значительная диссипация энергии и превращение ее в тепло,- что в свою оЧередь понижает вязкость коллоидной композиции у поверхности пластины и увеличивает коэффициенты молекулярной диффузии (р) химических веществ, входящих в ее состав.

В' рассматриваемом процессе в отличие от течения жидкости вдоль гладкой пластины, где критическое значение яе составляет около 150о, оно значительно снижено из-за: возмущения течения ворсом полиро- вальникэ, присутствия в жидкости твердах коллоидных частиц и шероховатости поверхности. К. тому же кинематическая вязкость композиций коллоидного кремнезема и мала (от 4...5 до 10...20 сст), и течения с большими числами Рейнольдса. реализуется легко. Учитывая эти факты, можно предположить, что ь данном процессе КХП (по гипотезе В.Г.Левпчэ и Л.Д.Ландау) турбулентные потоки, проникая в вязкий■подслой сверху, затухают не резко, а постепенно (из-за вязкости) по мере приближения к поверхности пластины, и диффузионный пограничный слой состоит из четырех областей.

Основной турбулентный поток вдали от поверхности пластины и турбулентный пограничный слой толщиной б имеют те же характеристики, как в ядре потока. В третьем вязком подслое толщиной бо турбулентные пульсации заметно уменьшаются, и количество вещества, переносимого молекулярной диффузией, становится больше. Однако затухающие турбулентные пульсации переносят больше вещества, чем молекулярная диффузия, поскольку коэффициент молекулярной диффузии примерно в ю3 раз меньше кинематической вязкости. Так как турбулентный коэффициент диффузии (бт) пропорционален макроскопическому масштабу.турбулентных пульсаций и в турбулентном потоке он превосходит о на несколько порядков, то бт обеспечивает практически постоянную концентрацию композиции вплоть до очень малых расстояний до полируемой поверхности пластины. В условиях КХП величина диффузионного подслоя 54 значительно меньше 5 ламинарного пограничного слоя, что и обеспечивает повышенную скорость полирования по сравнению со скоростью химического растворения вод« в маос! или с воздействием одних твердых коллоидных частиц.

Таким образом, анализ гидродинамического аспекта КХП показывает, что его основные параметры (скорость течения, масштаб движения, вязкость и плотность композиции), входящие в выражения для концентраций и потоков жидкости со взвешенными коллоидными частицами, тесно связаны с типом полировальника, технологическими режимами и химическими факторами. ,

ПРИМЕНЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ КХП GaAe ДЛЯ СОЗДАНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ЛАЗЕРОВ С ЭЛЕКТРОННОЙ НАКАЧКОЙ.

Исследование в зарубежных центрах (southern cross corporation (США), Group 2 Characterization Technology Team (Канада), bright Patterson (США), Корнельского университета (США) и на фирмах

M/A-COM, Spectrum Technology) СВОЙСТВ ПОВерХНОСТИ ПЛЗСТКН GoAa,

полированных по разработанной технологии, показал, что их электрофизические характеристики (диффузное рассеивание, плотность глубоких уровней в запрещенной зоне, р, Nd, Ц, п) подтверждают конкурентную способность пластин GaAe НПО "Физика™ с зарубежными анало! ,ми.

Для практических применений представляют интерес ПК варизонкне лазеры с продольной и поперечной электронной накачкой, а также изготовленные на их основе лазерные ЭЛГ%[6]. По разработанной технологии КХП обрабатывались подложки GaAe толщиной 400... 600 мкм и гетероэпитаксиальные структуры диаметром 40... 50 мм, толщиной loo., .но мкм. Технология изготовления ЛЭ сострит следующей последовательности операций: i) приклеивания поверхности эпитакси-ального слоя к стеклянному диску толщиной - ъ... 7 мм; г) удаления .подложки GaAe шлифованием и последующим КХП композицией на основе Naoci и золя с визуальной фиксацией гетерограшщы, при этом формируется плоскость, параллельная гетерогранице. Съем материала.эпи-таксиального слоя составлял ю. ..20 мкм, на который затем нашлялись многослойные диэлектрические зеркала. Часть ЛЭ была изготовлена с "косым шлифом". В этом случае после удаления шлифовкой подложки, с помощью КХП создается плоскость под углом к гетерогранице так, что разность толщины съема в крайних точках структуры составляла so мкм. После чего поверхность с диэлектрическим зеркалом приклеивается к сапфировому (гранатовому) диску. Далее, шлифовкой удалялось стекло и с помощью КХП обрабатывалась вторая сторона эпитаксиальной пленки для напыления металлического ("глухого") зеркала. В результате прогиб структур не превышал зо мкм. Толщина резонатора (l) в ЛЭ равнялась 50...70 мкм, а в некоторых случаях ю... 25 мкм.

В ЛЭ с ^=0,8.\.о,9 мкм на основе гетероструктуры GaAIAe/GaAe, полученной методом жидкофазной епитаксии, наилучшие результаты q=i4%, рвцх =5 Вт получены при комнатной температуре, grad Eg=4 мВт/мкм и n'=2.iols см"3, q и рвнх< возрастают соответственно до 21% и д Вт при т= 77 к, а внутренняя эффективность составляет'28% и отличается от теоретического предела (зб%) исключительно из-за

и

потерь в "глухом" зеркале резонатора.

ЛЭ, 'изготовленные на основе созь(об.) и гетероструктур

ЦаД! Ла/СаАв, БаА1 АвЭЬ/СаЗЬ, , 1пСаДз:5Ь/СаЗЬ, ПОЛуЧвННЫХ МвТОДОМ

газофазной эпитаксии, и их характеристики показаны в табл.2, где 1ПОр - пороговая величина тока электронного пучка. Для области А Таблица г. Характеристики излучения ЛЭ при'комнатной температуре.

N Материал п/п ЛЭ МКМ к, МКМ пор. МА РВ11Х. Вт Материал Материал металл, выходного зеркала зеркала 0, %

\ ваЗЫоб. ) 35 1 , 78 180 .0,24 ¿9 2пЫ\БаР2 •0 , 76

2 Са5Ь(Об.) 35 1 ,76 90 0,018 АЗ гпЗХБЫг 0 05

3 Са5Ь(0б.) 30 1 ,75 380 0,006 ГпЭЧСи 5102\51 0 03

4 Ва5Ь(0б.) 30 1 ,75 36 0 0,005 тЭКСи 31а2\51 0 03

5 БаБьСОб.) 30 1 ,75 350 0,003 Аэ 0 02

6 Са5Ь(0б.) 30 1 ,75 240 0,003 Пи Б102\21 0 01

7 СаД)АвЗЬ/СаЗЬ 60 1 ,75 300 0,257 5гР2тгпЗ 1 49

8 ваА1 Дб5Ь/Са5Ь 80 1 ,73 280 0,278 л9 2гР2-гп5 1 61

, 9 1пБаДб5Ь/Са5Ь 65 2,02 140 0,006 (Б 102\,Б1 ) 3102\51 -

+Си -

10 БаД1Ав/БаЛа 250 0,865 120 0,31 Ад зт2\гго2 1 3

11 БаД!Аз/БаАа 42 0,844 66 1 ,6 Аэ 3|02\2Г02 4 1

12 1пСаАв/1пР ' 110 I ,64 180 0,001 тячси 3102\5| 0 001

13 1пСаДз/1пР 100 1 ,65 300 0,002 Аэ 0102\Т102 0 001

14 1пиаАв/1пР 100 1 ,65 215 0,005 Ад 3102\31 0 025

15 1пОаДв/1пР 40 1,65 54 0,008 гпэхси 3102\31 0 03

от о,8 до з мкм при комнатной температуре получены следующие результаты: излучение ЛЭ с Я=1,73...I,78 мкм и Х=2,ог мкм имеет максимальную и среднюю мощности соответственно больше о,28 Вт и о,15 Вт. Были изготовлены лазерные ЭЛТ с ИК изображением.

КХЛ использовалось также для изготовления' ЛЭ на основе гпав/сс13саго12, который имеет преимущество перед ЛЭ не гпЗв/а-д|2о3 в том, что в нем удовлетворительно согласуются коэффициенты термического расширения! это позволяем при ,ь=5...20 мкм и диаметре 50 мм гпЗв(об.) на гранате диаметром 60 мм и толщиной 8... ю мм получать рВЫХ-=1,5 Вт (для ЛЭ гпзв/а-л! 2о9 ршх.=о,5 Вт 1 при т=77 к .и,однородное излучение по всей плошали телевизионного растра. Для 1СХП еа3са5о12 изучена кинетика растворения ь фосфорной кислоте при т=1.ю.. ,27о°с [7]. Показано, что „лимитирующая стадия его химического растворения определяется не только температурным ре:гамом процесса, но и химическим составом раствора. Предложена модель последовательных химических реакций на поверхности граната в данной области температур.

Выводы. 1. Впервые изучен химический механизм растворения поверхности воде в растворе ыаоа , лимитирующей стадией которого является диффузия к поверхности в растворе либо иаон при сМа0((<2 г/л, сМаОС(=бо г/л с образованием растворимих до2о3, Ыа3дво3, Дв205, ЫазДвОц. И труднорастворюлых соединений (За203, Са(0Н>3, либо МаОС1 при сМа0Н>2 г/л с образованием растворимых соединений ма3д«, ИаСа<он)^; изменение т от 20 до 50 °с вызывает смещение максимума скорости растворения из-за термодинамического преимущества реакции окисления . перед процессами растворения оксидов; установлено на основе анализа кинетики реакции растворения Бадз в Ыаоа смена лимитирующей стадии при увеличении разбавления раствора, что сьособствует появлению на поверхности ыа.

2. Разработана промышленная технология КХП баА% на основе МсСС1 марки А с сЫаОН<о,5 % мае и золя 3102, которая обеспечивает не поверхности при оптимальном р=(о,4...о,б).ю5 Па минимальный оксидный слой {\г км) по данным эллипсометрии, скорость съема у= 12 диффузное рассеивание 80 отн.ед. и плоскостность о,25 .км/см. *

з. Изучена кинетика процессов взаимодействия растворов 8н25о»: ан202:1н20 и 2к :,,0н:5н202:зн20 с валя при МЗ излучении с плотностью мощности излучения от 0,5 до 15 Вт/см?; скорость растворения лимитируется диффузионной стадией при МЗ с плотностью мощности 5 Вт/см2, что позволяет рекомендовать эти растворы для двухэтапного химического полирования вада после КХП.

4. Предложен новый способ ХДП бадв в смеси шр:1н2о2, который' основан на вращении диска-мешалки над пластиной с ы /и>2=о,5...4 при расстоянии диска до пластины 10...40 мм, с углом выемки в, держателе пластины 40...50°, что позволяет получать пластины с плоскостностью меньше 1,5 мкм/см и кг=о,01з мкм.

5. Изучено влияние факторов КХП на химический состав и электрофизические свойства поверхности саде и установлено, что наименьшие концентрации углврола сс=21,9Я г0 ат. и кислорода со=2з,29 % ат. получены на поверхности /¡осле КХП «¡да г = (о,4.. .0,0). Ю5 Па. которое обе<;п$чиннвт стехисметрическое соотношение во/да, максимальные Ф —15 с ¡В, р=5540 см2/В.с; пробивное напряжение' барьера Шоттки, сформированного на поверхности сада. возрастает от з .до 13 в с уменьшением я от 0,1 до <0,01 мкм соответственно после полирования асм1/0 и КХП. ■ ,

б.. Впервые предложен физико-химический механизм процесса КХП на основании анализа роли механических и химических факторов,'гидродинамических особенностей и возможных путей образования точечных

\

s*

дефектов, заключающийся в максимальной локализации механического воздействия в, поверхностном оксидном слое и преобладании одновременно протекавшего химического растворения, локализованного на структурном элементе поверхности.

7. Впервые на базе'разработанной технологии КХП для изготовления ЛЭ толщиной so...70 мкм обрабатывались гетероэпитаксиальные структуры диаметром 40...50 мм и пластины оаАэ соответственно ТОЛЩИНОЙ 100... 140 МКМ И 400... 600 мкм, что позволило. изготовить: варизокные >ЛЭ на основе гетероструктуры goai ae/gaae, полученной методом ЖИДКОфЗЗНОЙ эпитакски, С \=0,8...0,9 мкм, grad Eg = 4 МВТ/МКМ, n=2.!018 см-3, 0=14%, РВИХ-=5 Вт при т=20°с; ЛЭ НЭ ОСНОВв GaSb(OÖ.) И гетере структур GaAIAs/GaAs, GaAl AeSb/GaSb, InGaAsSb/GaSb, InGaAs/lnP, ПОЛуЧвННЫХ М0ТОДОМ газофазной ЭПИ-таксии, с \ от 0,8 до з мкм, которые имели максимальную и среднюю модности соответственно больше о,27 Вт и о, 15 Вт при т=го°с. Были изготовлены лазерные ЭЛТ.

Опубликованные работы по теме диссертации, i. Соколов И.А., Козлов В.В., Варлашина Е.К. Кинетика травления раствором гипо-хлорита натрия монокристаллических пластин GaAe.// Поверхность. N5, 1993 Г., С.75-78.

2. Соколов И.А.. Козлов В.В., Ткалич А.К. Механизм и'кинетика растворения монокристаллических пластин GaAe в водном растворе гипохлорита натрия.// Поверхность, ю, 1994 г, с.зэ-36.

3. Соколов И.А., Козлов В.В., Ткалич А.К. Кинетика и механизм растворения монокристаллических пластин GaAe в растворе гипохлорита натрия.// ПОБерХНОСТЬ. N4, 1994 Г., С.65-68.

4. Соколов И.а., Козлов В.В., Ткалич а.К. Влияние натрия на . химическое состояние go и а» в поверхностном слое goae при полировании в NaOCt.// Semiconductor Science and Technology. N8, ' 1993, С.35-38.

5. Шупегин М.Л., Шайдуллин Р.Я., Козлов B.B. Способ полирующего травления полупроводниковых пластин диаметром зо-4о мм. Авторское свидетельство. N1604096. Бюллетень "Открытия и изобретения", N40, 1990 Г, С.270. ,

6. Артемов A.C., Козлов В.В. Применение технологии ХМП для. получения высокосовершенной поверхности лазерных кристаллов и элементов. Материалы семинара "Технология изготовления прецизионных оптических элементов", г.Санкт-Петербург, 1ГГЦ "Информтехникз", АООТ "ЛОМО", 1996 г., С.25-26.

7. Шайдуллин Р.Я., Козлов- В.В., Бабкина С.К. Кинетика . '

жидкофазного травления монокристаллического граната о-фосфорной

кислотой.// Электронная техника. Сер. Материалы. Вып.2(231), 1988. с.26-29.

хь

Зависимость скорости растворения ваА« (100) от концентрации МаОН в растворе МаОС1 (С=60 г/п) при различной температуре раствора,°С, '

3

2 г

1.5-

0.5

-I—|—1—Г

0.0 1.0 2.0 3.0

СызОН, г/л 1-16; 2-30; 3-40. Рис.1

Фотоэлектронные спектры СаАв (100) пластины, АбЗс! ?

I

**

О

35.0 „ 45.0 Е св, эв

1-исходная поверхность; 2-поверхность, полированная в ЫаОС1 (С=60 г/л) при 0^=0 г/л; 3-поверхность, полированная в ЫаОС1 при 0^=3 г/л. рис2

Фотоэлектронные спектры ваАв (100) пластины, ваЗс!

г £

16.0 „

Е св., эв

1-исходная поверхность; 2-поверхность, полированная в ЫаОС1 (С=60 г/л) при 0^=3 г/л.

Рис.3

Фотоэлектронные спектры GaAs (100) пластины, Na1S после химического полирования в водном растворе NaOCI при разной CN

ci а>

х i-o

1065 1070 E СВ., ЭВ

1-16; 2-90.

Рис.4 \

Зависимость-скорости растворения GaAs(100) в композиции от температуры при разном объемном отношении NaOCI и золя.

i s S

2 >

со о

■ч-о'

о о'

"I-1-1-Г~

10 20 30 40 50 Т.С

1-1:1; 2-2:1; 3-3:1. Рис.5

Зависимость рН композиции от времени выдержки при разном объемном соотношении №ОС! и золя.

X CL

0

т—г 2 4 6 ' Время, час 1-2:1; 2-3:1; 3-4:1 Рис.6

8

Механизм реакции взаимодействия боа« и №зос|.

Г4оОН(& объме саствора)

ЫаОН

(аде.)

продукты реакции (аде.)

МоБсС ОН)ц., ^агЛв03, Ба<ОН>9, №13Дв

N0001(в объеме раствора.)

1 П

наоо (аде.) поверхность пластины сам '

' Ч '

продукты реакции окисления(аде.) +

Ба20э • Дв203. БаД«Оц.

+ 5

на2со3(адс.) ма2со3(в объеме раствора)

Н,0

н2о(в объеме раствора)

ос

продукты реакции (аде.)

№эД80э, СаСОН>э, ЫсйаСОНЧ

прдукты реакции (аде.)

Ба<ОН>э, Н3Де03

продукты / \

реакции

различной

/

степени

\ •

сольватации

/

ю

(об.)

\

и »

№Са(ОН>ь, N036903, Ып3Аа 6аС0Н>3 На3А»03, ЫаЭДОН),, Са<ОН)3 Н3Д*03 Ба<0Н>3

(растворимые 'соед-ния) (труднораств. (раств. соед-ния) (труднораств. (раств. (труднораст.

ссвл-ше) соед-тв) соед-ние) соед-ние)

Рис. 7