Характерный для GaAs высокий коэффициент отражения в види­мой, а для сильнолегированного GaAs и в инфракрасной области спектра препятствует получению высокоэффективных полупро­водниковых приборов, таких, как фотоэлементы и излучатели, основой которых являются диффузионные слои GaAs с высокой концентрацией свободных носителей. В связи с этим представляло интерес исследовать отражение от сильнолегированных монокрис­таллов и диффузионных слоев GaAs в широком спектральном ин­тервале и установить зависимость коэффициента отражения от концентрации свободных носителей и совершенства обработки поверхности. Кроме того, были экспериментально изучены раз­личные методы селективного и неселективного уменьшения коэф­фициента отражения GaAs при различной исходной концентрации примесей. Измерения коэффициента отражения в области спектра 0,2—0,75 мкм проводились на спектрофотометре СФ-4, в области спектра 0,75—25 мкм — на инфракрасном спектрофотометре ИКС-14 с использованием приставки для определения зеркального отражения.

На рис. 2.11, а показано спектральное распределение коэф­фициента отражения в интервале 0,2—0,7 мкм, а на рис. 2.11, б — в области 2—25 мкм для монокристаллического GaAs р-типа, легированного цинком, с концентрацией дырок Ср = 1,5 • 1020 — 1,7 • 1019 см-3 и и-типа с концентрацией электронов Сп = 3>

• 101а см-3. У образцов 1—3 поверхность была обработана в поли­рующем травителе и величина неровностей поверхности, оценен­ная с помощью микроскопа МИС-11, составляла Al 1 мкм; у образца 4 А1 гг: 1 мкм.

Большая величина АI у образца 4 приводит к значительно более низким значениям коэффициента отражения в ультрафиоле­товой и видимой областях спектра, т. е. в области, где X падающе­го излучения соизмерима с величиной неровностей на поверхности образца. Из рис. 2.11, а видно также, что в области 0,2—0,75 мкм при одинаковой обработке поверхности зависимость коэффициента отражения от концентрации носителей выражена весьма слабо, в то время как в инфракрасной области спектра (см. рис. 2.11, б) наблюдается сильный рост коэффициента отражения с увеличе­нием концентрации носителей.

При этом минимум кривой отражения, объясняющийся при­ближением показателя преломления к единице в области спектра, где показатель поглощения стремится к нулю, сдвигается с уве­личением концентрации носителей в область коротких волн (см. рис. 2.11, б). Наличие максимумов кривой отражения при X = = 0,24 мкм (см. рис. 2.11, а) и при Я = 0,4 мкм получило объясне­ние в работах [77, 781.

Несколько меньшая величина коэффициента отражения при X = 0,24 мкм по сравнению со значением, приведенным в работе [78], может быть связана с нарушениями поверхностного слоя глубиной 0,2—0,3 мкм, имевшимися у образцов 1—3, что было оп­ределено на интерференционном микроскопе. Наблюдавшееся в этих измерениях небольшое возрастание коэффициента отраже-

1 —без покрытия; 2",г’,2 —SiO (d соответственно 0,137, 0,175 и 0,21 мкм); 3 — MgF, d = 0,21 мкм); 4 — Si02 (d = 0,21 мкм)

РИС. 2.13. Спектральные зависимости коэффициента отражения арсенида галлия p-типа в инфракрасной области спектра

1 — без понрытия; 2,3 — после нанесения слоя кремнийорганического лака с I = 10 Ч — 15 мкм (е = 0,85) и I = 35 + Л0 мкм (е = 0,92) соответственно

ния в области X = 0,6 0,64 мкм (см. рис. 2.11, а) может быть

объяснено особенностями зонной структуры GaAs р-типа [79].

Высокий коэффициент отражения в видимой и ближней инфра­красной областях спектра означает, что приборы, основанные на взаимодействии полупроводника со световым излучением (фото­элементы или лазеры), теряют большую часть световой энергии на границе раздела с внешней средой из-за большой разницы по­казателей преломления GaAs и воздуха.

Как уже указывалось, среди многочисленных исследованных методов просветления (термическое окисление, травление поверх­ности, нанесение покрытий химическим путем и испарением в ва­кууме) наиболее технологичным и удобным оказался метод терми­ческого испарения веществ в вакууме, позволяющий получать разнообразные по оптическим характеристикам и хорошо воспро­изводимые просветляющие покрытия на поверхности GaAs. На рис. 2.12 показано спектральное распределение R, измеренное для полированной поверхности GaAs p-типа (с концентрацией приме­сей 1,5- 1020 см-3) до и после нанесения покрытий из MgF2, Si02 и SiO, показатели преломления которых соответственно равны 1,38; 1,45 и 1;9. Вследствие того, что у каждого из этих покрытий d = 0,21 мкм, минимум отражения для всех трех покрытий нахо­дится при X ■-== 0,84 мкм. Значение коэффициента отражения при позволяет оценить эффективность просветляющего действия каждой из пленок.

Наиболее эффективным в случае GaAs просветляющим покры­тием является покрытие из SiO, с помощью которого удается уменьшить коэффициент отражения с 32% до значений в пределах 0,5-1%.

Из рис. 2.12 видно, что, плавно изменяя d просветляющего покрытия (например, SiO), можно добиться минимального коэф­фициента отражения (0,5—1%) сильнолегированного GaAs в лю­бом узком спектральном интервале, например при X = 0,55 — г- -т — 0,6 мкм (что является наиболее выгодным для приемных поверх­ностей солнечных элементов из GaAs) или при X = 0,84 мкм (что необходимо для уменьшения световых потерь в лазере из GaAs).

Для резкого уменьшения отражения от сильнолегированных монокристаллов и слоев в области 3—25 мкм, необходимого, как было показано, для увеличения теплового излучения поверхнос­ти, наиболее эффективными оказались два способа: создание на поверхности равномерно распределенных неровностей глубиной 10—30 мкм с последующим электрохимическим окислением по­верхности [80] и нанесение слоя кремнийорганического лака тол­щиной 10—40 мкм. Оба эти метода, как показали наши измерения, позволяют увеличить интегральный коэффициент теплового излучения поверхности при 25° С со значений 0,49—0,51 (харак­терных для GaAs p-типа с концентрацией примесей 1,5* 1020см~3) до 0,8. Сравнивая оба метода, следует отметить, что нанесе­ние кремнийорганического лака, улучшая оптические характе­ристики поверхности, не сказывается отрицательно на таких электрофизических характеристиках приборов из GaAs, как скорость поверхностной рекомбинации или величина обратного тока. Кремнийорганические покрытия обладают хорошими селек­тивными оптическими характеристиками: поглощающие в области теплового излучения (рис. 2.13), они сохраняют высокую прозрач­ность в области 0,4—1 мкм, что очень важно при использовании их в качестве покрытий для фотоэлектрических приборов. Созда­ние на поверхности иеровностей определенной глубины, достига­емое с помощью шлифовки или обработки в селективных травите — лях, связано с ухудшением свойств поверхности, которая после такой обработки не может быть использована для образования ка­чественных диффузионных переходов. Из сказанного следует, что применение кремнийорганических покрытий для улучшения теп­лового баланса полупроводниковых приборов из GaAs является наиболее эффективным и удобным методом.

При необходимости надежной защиты фотоэлементов из GaAs от воздействия космической радиации вместо кремнийорганиче­ского покрытия могут быть использованы защитные оптические стекла различной толщины, приклеиваемые к просветленной (пленкой с п = 2,2-^-2,3) поверхности GaAs теми же светостойкими прозрачными составами, что и к поверхности кремния.

Оптические константы твердого раствора алюминия в GaAs и чистого GaAs близки. Описанные оптические селективные по­крытия эффективны также при нанесении на поверхность гетеро­фотопреобразователей па основе GaAs с оптическим окном из твердого раствора алюминия в GaAs.

Однако, кроме разработки оптической схемы многослойного селективного покрытия и выбора материалов, необходимо прове­дение испытаний (прежде всего в лабораторных условиях) с по­дробным исследованием оптических характеристик.