Электрохимия полупроводников. Батенков В.А. - 76 стр.

     2.4.4. Механизм анодного растворения арсенида галлия

      Экспериментальные факты позволяют представить следующий вариант механизма анодно-
го растворения арсенида галлия ориентации (111)А в щёлочной среде, когда процесс контро-
лируется электрохимической стадией:
  Степень окисления Ga: (+1)                 (+2)                    (+3)
   ≡Ga + OH– + e+ → =Ga–OH + OH– + e+ → –Ga=(OH)2 + OH– + e+ → Ga(OH)3 . (2.44)
     Cтадии:      1                   2                      3
      Здесь –, = и ≡ – одинарная, двойная и тройная ковалентная связь, соответственно.
      Стадия 1. Очень быстрое взаимодействие ОН–-иона или Н2О в растворах, где рН < 7, с
поверхностным атомом галлия, имеющим три объёмные ковалентные связи с тремя атомами
мышьяка. При этом одна связь разрывается: один из её электронов уходит в объём полупро-
водника, что эквивалентно подводу пазона (дырки); другой электрон вместе с электроном
ОН–-иона образует полярную связь с одновалентным Ga+.
      Cтадия 2. Аналогичная электрохимическая реакция, но протекающая с наибольшими
затруднениями, так как в отличие от стадии 1, атом галлия уже частично окислен и экрани-
рован ОН-группой. Поэтому отторжение внутреннего электрона одной из двух ковалентных
связей в объём полупроводника, т. е. подвод пазона (дырки), отрицательным полем ОН–-
иона, который теперь не может подойти непосредственно к атому галлия, весьма затруднен.
Эта стадия контролирует процесс анодного растворения арсенида галлия. Такое заключение
соответствует порядку реакции по ОН–-ионам, равному 1 [43, 50], и числу зарядов n ≈ 1 для
bа = 0.12 B при α = 0.5 [43].
      Стадия 3. Также электрохимическая реакция. Её протекание облегчено, во-первых, из-за
наличия у атома галлия уже двух ОН-групп, создающих отрицательное поле, способствующее
генерации пазонов в последней связи; во-вторых, оставшаяся одинокая ковалентная связь ос-
лаблена из-за отклонений от конфигурации кристаллической решетки, и дополнительная ад-
сорбция частиц раствора приводит к быстрому разрыву последней связи и переходу Ga (III) в
раствор. Но при малых анодных перенапряжениях и низкой концентрации ОН–-ионов эта ста-
дия может дополнительно контролировать анодный процесс, увеличивая порядок реакции по
ОН–-ионам до 1.4 [42] и число зарядов до 2 (bа = 0.06 В).
      Стадия 4 – стадия растворения продуктов анодного окисления GaAs, (в приведенной
схеме она не показана). Эта стадия может ограничивать процесс анодного растворения лишь
при высокой плотности анодного тока, выше 1 30 мА/см2 из-за оксидирования его поверх-
ности: проявляются пассивационные явления, потенциал растёт до 50 100 В [45, 51].
      Атомы мышьяка, появившиеся на поверхности анода из GaAs ориентации (111)A, реа-
гируют, как и атомы галлия, но с меньшими затруднениями, так как они имеют лишь одну
ковалентную связь с объёмом полупроводника, остальные связи уже нарушены.

     2.4.5. Анодное растворение арсенида галлия n-типа
      Анодное растворение арсенида галлия n-типа исследовалось многими авторами [41-44,
47, 52-61] и нами [46, 50, 51] в кислых и щелочных растворах, без и в присутствии окисли-
телей, в водных и органических средах, на свету и в темноте, для образцов с разной ориента-
цией поверхности и разной концентрацией донорной примеси и т.п. В качестве примера на
рисунке 2.7 приведены анодные (а) и обратные кривые диодов (b) n-GaAs/M, изготовленных
нами на тех же образцах n-GaAs, которые были анодами.
      В кратком виде результаты многих исследований следующие.
      1. В отличие от p-GaAs анодное поведение n-GaAs существенно зависит от его
полупроводниковых свойств, от концентрации в нём донорной примеси.
                                             76