Modification of a Germanium Surface Exposed to Radiation of a Nanosecond Ultraviolet Laser

Abstract

Аннотация. Методами оптической профилометрии, сканирующей электронной и зондовой микроскопии исследована модификация полированной поверхности {111} монокристаллического германия (n-тип проводимости, удельное сопротивление 47 Ом • см) в результате воздействия сфокусированным частотноимпульсным излучением наносекундного ультрафиолетового Nd : YaG лазера. Выявлено, что порог плазмообразования с образованием кратера на поверхности возникает при плотности энергии лазерного излучения Е ~ 1,2÷1,3 Дж/см 2 . При неподвижном положении образца при Е ~ 0,1 Дж/см 2 возникали необратимые повреждения поверхности. При сканировании поверхности излучением при Е ~ 0,50÷1,15 Дж/см 2 , в отсутствии заметных следов кратерообразования, наблюдалось образование ямок травления с правильной трехгранной формой, концентрация которых составляла (3-5) ⋅ 10 5 см -2 . Фигуры напоминают дислокационные ямки травления, получаемые селективным химическим травлением. Выявление дислокаций происходило путем абляции в результате воздействия лазерного излучения. Центрами зарождения абляции являются дислокации, выходящие на поверхность кристалла. Поперечный размер ямок травления составил ~5-10 мкм, и их перекрытие привело к чередующейся картине трехгранных пирамид, образованных плоскостями {111}. Наблюдали скругленные грани и вершины пирамид, высота профиля фигур составила ∼1-2 мкм. Линейные размеры ямок свидетельствуют о быстром протекании процесса. Исходя из суммарного времени воздействия излучения на поверхность ∼200 нc установлена скорость формирования плоских граней в ямках, которая составляет ∼0,1-0,3 м/с, что на несколько порядков превышает скорость формирования таких же граней при росте кристалла. Глубина поверхностного слоя, в котором происходило формирование структуры, составляла ∼15 мкм.