Радиотехника и электроника, 2023, T. 68, № 5, стр. 461-469

ВВЕДЕНИЕ

Осаждение тонких пленок золота на поверхность GaAs путем термического испарения в вакууме является одним из широко распространенных способов изготовления выпрямляющих и невыпрямляющих (омических) контактов, а также соединительных линий при создании приборов и интегральных схем. Показано, что под воздействием пучка испаряемого металла, а также облучения светом (белым) от разогретого испарителя на поверхности полупроводника происходят различные физико-химические и электромеханические явления, в результате которых возможна перестройка поверхности арсенида галлия [1, 2]. Стимулом перестройки является стремление к понижению свободной энергии поверхности. Перестройка возможна и под воздействием внешних корпускулярных и электромагнитных облучений, электрических, акустических, магнитных полей и пр. [3–7]. Эти воздействия приводят к модуляции потенциального барьера для образования зародышей и, как следствие, разориентации решеток пленки и подложки.

Электромагнитные волны влияют на движение заряженных частиц, таких как ионы Ga⁺ и As^–, электроны и дырки [5], а также на движение вакансий галлия и мышьяка. Двигающиеся по поверхности заряженные частицы обмениваются энергией с приповерхностным слоем арсенида галлия.

При осаждении металла путем испарения в вакууме возможны фотоэффекты с участием пластической деформации [7], в частности, перераспределение электронов по энергетическим состояниям под воздействием электромагнитного излучения, называемое внутренним фотоэффектом [8]. Внешний фотоэффект (фотоэлектронная эмиссия) может быть вызван возбуждением электронов из валентной зоны, а также с уровней, обусловленных легированием, дефектами, поверхностными состояниями. Для каждого из названных случаев имеется своя величина пороговой энергии. Эти фотоэффекты включают в себя изменение электропроводности (фотопроводимость), возникновение электродвижущих сил, изменение поляризации или эмиссию электронов. Может возникнуть фотодиэлектрический эффект, который связан с изменением диэлектрической проницаемости. При сравнительно слабых интенсивностях электромагнитного излучения наблюдается изменение статической (низкочастотной) диэлектрической проницаемости среды (фотодиэлектрический эффект) за счет оптического возбуждения или оптической перезарядки примесных атомов [1, 2, 9, 10].

Цель данной работы – рассмотреть процессы зарождения и роста пленок, получаемых термическим испарением золота в вакууме, и оценить влияние трансформации поверхности GaAs на конечный результат – электрофизические характеристики пленок.

1. МЕТОДИКА И ТЕХНИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Для исследований были использованы образцы, представляющие собой эпитаксиально выращенные слои (100) GaAs толщиной ~0.3 мкм с концентрацией электронов n ~ (10¹⁴…10¹⁶) см^–3 на сильнолегированных подложках (100) GaAs с n ~ 10¹⁸ см^–3 либо сами подложки. Пленки золота наносили на поверхность образцов, прошедших предэпитаксиальную подготовку в концентрированной соляной кислоте или в травителе на основе серной кислоты, с последующим отжигом в вакууме. Осаждение пленок золота осуществлялось в вакуумной установке, обеспечивающей предельный вакуум ~10^–7 Торр.

Процесс испарения золота осуществлялся в резистивном испарителе прямого накала, представляющего собой вольфрамовую лодочку с наплавленной на нее навеской золота. В процессе испарения золота при температуре испарителя ~1200°С, температура поверхности GaAs не превышала 80°С [11]. Скорость испарения поддерживалась постоянной путем поддержки уровня тока накала испарителя.

Исследования морфологии и структуры поверхности GaAs в результате осаждения пленки Au толщиной (10…500) Å проводили с помощью сканирующей электронной микроскопии, растровой электронной спектроскопии и просвечивающей электронной микроскопии, в случаях эффективной толщины пленки Au d < 100 Å – с помощью углеродных реплик. Для изучения структуры приповерхностного слоя Au–GaAs был использован также метод селективного травления.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ АНАЛИЗ

Картины морфологии поверхности (100) GaAs с пленкой Au толщиной 50…500 Å представлены на рис. 1–4. Как видим, морфология поверхности Au–GaAs зависит от концентрации электронов n в GaAs и толщины слоя золота.

Прежде всего следует отметить, что характерной особенностью структуры поверхности является декорирование золотом линейных одиночных дислокаций (см. рис. 1). Этими дефектами, скорее всего, являются заряженные дислокации (так называемые 60-градусные дислокации), расположенные вдоль направления [1$\bar {1}$0] как наиболее неустойчивого на поверхности (100) GaAs.

Вначале осаждения на поверхности GaAs формируются специфические картины (см. рис. 2а, 2б): обнаруживаются регулярно расположенные дискретные микрокапли. С помощью растровой электронной микроскопии показано, что в их состав помимо Au входят Ga и As. Картины распределения капель соответствуют картинам дифракции света от разогретого испарителя на поверхностной акустической волне [7].

Дифракционные пятна являются наиболее освещенными местами на поверхности. Они обогащаются электронами и играют роль стока и/или источника для дефектов, таких как ионы легирующей примеси, свободные ионы Ga⁺ и As^–, помимо атомов и ионов Au. Атомы и заряженные частицы перемещаются между освещенными и темными участками поверхности из-за эффектов диффузии и/или дрейфа в электрическом поле. Эти пятна являются основными местами зарождения и роста микрокапель Au + Ga + As.

По расстояниям между центрами капель можно определить длину волны λ, период τ и частоту f = 1/τ стоячей акустической волны, имея в виду $\tau = {\lambda \mathord{\left/ {\vphantom {\lambda v}} \right. \kern-0em} v}$, где v – скорость распространения волны. Как известно [12], для (100) GaAs максимальная скорость распространения волны v = 2600 м/с в направлении 30° к [110].

При n ~ 10¹⁴ см^–3 и d ≤ 50 Å в узлах стоячей звуковой волны с регулярным периодом ~1.7 × 10^–10 с формируется капельная структура. Это соответствует f ~ 5.7 × 10⁹ Гц и времени жизни неосновных носителей заряда – электронов на поверхности GaAs под воздействием облучения [10]. При толщине d ~ 100 Å наблюдается разрушение капель.

При n ~ 10¹⁶ см^–3 и d ~ 100 Å на поверхности (100) GaAs все еще остаются микрокапли. Частота поверхностной волны, судя по расположению капель, f ~ 10¹² Гц, что соответствует оптическим колебаниям решетки и времени жизни неосновных носителей заряда – дырок. Разрушение микрокапель в этом случае происходит при толщине d ~ 150 Å.

При n ~ 10¹⁵ см^–3 и d ≤ 300 Å пленка Au относительно гладкая.

3. КОЛЕБАТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ В ПРИСТЕНОЧНОЙ ПЛАЗМЕ И В ПРИПОВЕРХНОСТНЫХ СЛОЯХ АРСЕНИДА ГАЛЛИЯ

В процессе осаждении золота поверхность GaAs подвергается как воздействию частиц, входящих в состав испаряемого металла, так и облучению света (белого) со стороны разогретого испарителя. При этом реализуются реакции взаимодействия, рассмотренные ниже.

Поток испаряемого Au, достигший поверхности GaAs, включает в себя такие заряженные частицы, как ионы золота, а также нейтральные атомы, электроны и ионы остаточных газов [11]. Состав прибывающих на поверхность частиц в пучке испаряемого золота не только неоднороден, но и изменяется со временем осаждения. Как было показано ранее, сначала поверхность GaAs достигают электроны (20%), а затем (2%) ионы Au⁺, ионы остаточных газов вакуумной камеры и затем нейтральные атомы, т.е. поток испаряемого Au является слабо заряженной (пристеночной) плазмой [11, 13–15].

Под ударом налетевших частиц, как известно, передается эстафетно импульс ионам или атомам кристалла с фокусировкой вдоль плотно упакованных атомных рядов [110] GaAs [8]. Достигшие поверхности заряды из пучка испаряемого золота рекомбинируют на ней. Следствием эффектов рекомбинации являются микровзрывы, сопровождающиеся выбросом материала: Ga, As и электронов [8, 13], что подтверждается экспериментами, проведенными нами дополнительно. Осаждение Au проводилось в условиях, когда над поверхностью GaAs на расстоянии 2 мм размещали перфорированную пластинку спектрально чистого угля с дырками – ячейками. Затем угольную пластинку исследовали с помощью химического спектрального анализа. Оказалось, что в ее составе обнаруживаются следы Ga и As. В результате микровзрывов на поверхности GaAs образуются дефекты, в частности, вакансии атомов ${\text{Ga}}_{v}^{ - }$ или ${\text{As}}_{v}^{ + }$. Улетающие с поверхности атомы Ga и As захватываются парами золота и поступают обратно на поверхность GaAs. На поверхности GaAs возникают локальные неоднородности по распределению температуры, механических напряжений и поверхностных зарядов.

4. ФОРМИРОВАНИЕ МИКРОРЕЛЬЕФА ПОВЕРХНОСТИ Au–GaAs

Принудительное растекание капель. При эффективной толщине пленки золота d ~50 Å на поверхности GaAs с n < 10¹⁵ см^–3 обнаруживается растекание капель. Растекание капель осуществляется в основном по дугам интерференции света и по направлениям распространения стоячей акустической волны. В то же время в случае n > 10¹⁵ см^–3 растекание капель обнаруживается при d ~ 100 Å (см. рис. 2).

Оказалось, что высота капель l, как и размер их основания D, зависит от концентрации электронов в GaAs. Высота увеличивается, а диаметр уменьшается с увеличением n, что связано с расстояниями между центрами зародышеобразования и роста капель [6].

Принудительное растекание может осуществляться как из-за воздействия плазмы испаренного золота, так и под воздействием распространения акустических волн. Вероятность роста и/или растекания островков зависит также от вязкости текущего верхнего слоя (Au–Ga) и коэффициента смачивания GaAs [2, 8].

Рост капель вызывает положительный изгиб поверхности GaAs [2] что, в свою очередь, приводит к скоплению электронов на вершинах капель и к изменению поверхностного потенциала [15].

Выпадение микроостровков GaAs. Первым на поверхность GaAs с микроостровка стекает внешний слой: Au с добавками Ga. В результате микрокапли на границе с GaAs находятся в состоянии, близком к растеканию и/или кристаллизации. Стекание приводит к пересыщению по As в каплях (Au + Ga + As): As плохо растворяется в Au или в Ga, но хорошо в растворе Au + Ga. Таким образом, создаются условия для затравки и роста микроостровков GaAs на поверхности GaAs, вытянутых перпендикулярно поверхности. Источником атомов галлия и мышьяка является как приповерхностный слой GaAs, так и слой плотной плазмы. Островки GaAs могут расти с небольшой капелькой раствора Au + Ga наверху по аналогии с ростом вискеров (n > 10¹⁵ см^–3) [16]. Следует отметить, что кристаллы GaAs при небольшой температуре и избытке Ga, как правило, имеют гексагональную решетку. Вероятность роста определяется соотношением расстояний между каплями D и их высотой l. Исходя из того что на поверхности GaAs на границе между каплями возникает электрическое поле, величина D соответствует длине стоячей волны с частотой колебаний $\omega _{L}^{{ - 1}}$, а величина l ~ $\omega _{T}^{{ - 1}}$, т.е. отношение D/l соответствует ${{\omega _{L}^{{ - 1}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{\omega _{L}^{{ - 1}}} {\omega _{T}^{{ - 1}}}}} \right. \kern-0em} {\omega _{T}^{{ - 1}}}}$. Частоту ${{\omega }_{L}}$ можно идентифицировать с частотой длинноволновых продольных оптических (LO) фононов, частоту ${{\omega }_{T}}$ – с частотой поперечных оптических (TO) фононов.

Соотношения расстояний между каплями и их высотой. Направленное движение электронов по поверхности GaAs приводит к резистивному нагреванию, тогда как движение дырок – к охлаждению поверхности [9].

Из рис. 6 следует, что зависимость высоты l, по достижении которой происходит взрыв капель, соответствует выражению

Предельный размер $l = k{\kern 1pt} \ln \left( {{n \mathord{\left/ {\vphantom {n {{{n}_{{02}}}}}} \right. \kern-0em} {{{n}_{{02}}}}}} \right)$, $k = {{{{l}_{0}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{{{l}_{0}}} {\ln \left( {{{{{n}_{{01}}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{{{n}_{{01}}}} {{{n}_{{02}}}}}} \right. \kern-0em} {{{n}_{{02}}}}}} \right)}}} \right. \kern-0em} {\ln \left( {{{{{n}_{{01}}}} \mathord{\left/ {\vphantom {{{{n}_{{01}}}} {{{n}_{{02}}}}}} \right. \kern-0em} {{{n}_{{02}}}}}} \right)}}$; $n = {{n}_{{02}}}\exp \left( {{1 \mathord{\left/ {\vphantom {1 k}} \right. \kern-0em} k}} \right)$; при уменьшении n в 2.7 раза l₀ = = 21.7 Å.

На поверхности капель как на остриях всегда скапливается заряд и электроны смещаются по отношению к ионам. В результате между зарядами на острие капель и поверхности подложки GaAs возникает электрическое поле E. Теперь расстояния между каплями и их высота l определяются как величиной концентрации электронов ${{n}_{ - }}$, так и величиной напряженности поля E.

Как показано в [15], $E = 4\pi e{{n}_{ - }}l$, где e – заряд электрона, l ≈ λ_D– расстояние, на которое все электроны смещаются в слое, равном высоте капли l. Увеличение потенциальной энергии заряда, прошедшего расстояние l в направлении этого поля, определяется по формуле

В этом случае дебаевский радиус λ_D определяется из условия ΔV= kT, где k – постоянная Больцмана, а Т – абсолютная температура.

Соседние электроны и ионы со стороны вакуума располагаются в поле этого потенциала согласно распределению Больцмана [15]

где ${{n}_{ + }}$ – концентрация ионов, Ф_S – потенциал экранирующего слоя в области вблизи стенки – поверхности GaAs. Кроме того, за счет перемещения потенциалообразующих ионов Ga⁺ и As^– в приграничной области со стороны подложки GaAs возниает двойной электрический слой, потенциал которого задается выражением где N₊(Ga⁺⁾ и N_– (As^–) – концентрации соответствующих ионов [15].

Энергия активации увеличения высоты l, полученная из выражения (1), соответствует потенциалу Ф_s и составляет ~0.066 эВ.

Поскольку высоты капли l соответствует λ₁ при ΔV = Ф_э, где Ф_э/e – электростатический потенциал, ускоряющий электроны, то по величине Ф_э равен кинетической энергии электронов в электрон-вольтах [13]:

Из уравнения следует, что Ф_э ~ 0.009 эВ соответствует переходу плоскости (100) GaAs в плоскость (111) GaAs. Отметим, что значение потенциала Ф_э близко к значению энергии продольных акустических (LA) фононов ~0.008 эВ.

Выражение (1) может быть записано в виде

что согласуется с выражением для электростатического потенциала Φ вокруг заряда q [13] где q – величина заряда. Как видно экранировка будет полной уже на расстояниях r порядка несколько дебаевских радиусов.

Разрушение и взрыв капель (электронная эмиссия). На картинах поверхности фиксируется разрушение и взрыв капель (Au + Ga + As), что, как известно, связано с эмиссией электронов [8, 13] и образованием плотной плазмы (см. рис. 1–4). Как следует из рис. 6, предельная высота капель l до разрушения определяется концентрацией электронов на поверхности GaAs. Это указывает на формирование над поверхностью арсенида галлия экранирующего слоя, толщина которого определяется концентрацией электронов и температурой поверхности. Потенциальным барьером, определяющим выход электронов с поверхности, является потенциал экранирующего слоя [13].

При n ~ 10¹⁴ см^–3 и d ~ 100 Å разрушение капель (взрыв острия), судя по всему, является следствием шнурования тока в каплях перпендикулярно поверхности (направление Е от отрицательно заряженной поверхности GaAs к вершине капли).

При n > 10¹⁵ см^–3 разрушение капель осуществляется вследствие пробоя (направление Е от вершины капли к положительно заряженной поверхности GaAs). Положительно заряженная поверхность формируется за счет увеличения концентрации дырок и автоэлектронной эмиссии, поверхность полупроводника охлаждается (эффект Ноттингема).

Таким образом, поскольку λ_D определяется частотой колебаний поверхности, предельная величина l в области n < 10¹⁵ см^–3 при разогреве поверхности меньше, чем в области n > 10¹⁵ см^–3 , за счет ее охлаждения.

В случае n ~ 10¹⁵ см^-3 вначале осаждения Au зарождение и рост островков осуществляются в согласии с теорией роста: в точках зарождения и роста островков Au возникают механические напряжения на поверхности GaAs. Это, как известно, приводит к возникновению упругой деформационной волны [9]. В отсутствие синхронизма частóты колебаний могут быть любыми. Этот факт дает возможность предположить, что при облучении светом поверхность GaAs с n ~ 10¹⁵ см^–3 отражает свет.

Для образцов с (10¹⁵ > n > 10¹⁵) см^–3, судя по всему, именно колебания пластинки такого рода являются синхронизирующими, навязывающими свою частоту.

Особенности поверхности при n ~10¹⁵ см^–3. С увеличением толщины Au до d ~250…300 Å на отдельных дислокациях возникает рекомбинация электронов (см. рис. 1б). Рекомбинация электронов приводит к взрыву, сопровождающемуся выбросом материала (Ga, As и электронов) и возникновению колебаний поверхности с частотой волны акустического диапазона f = 2 × 10⁹ Гц. В этом случае наблюдается диффузия материала (атомов галлия) со скоростью волны. В узлах стоячей акустической волны формируются капли. При достижении высоты капель l > 250 Å, достаточной для возникновения эмиссии, возникает их разрушение с образованием кратера (эктон [8]) (см. рис. 1а). Частота волны, синхронизирующая систему колебаний, соответствует длинноволновой поверхностной акустической волне, возникающей вследствие эффектов рекомбинации на дислокациях. Эти дислокации окружены эмиссионным материалом, мигрирующим по поверхности со скоростью распространения акустической волны. Рекомбинация зависит от времени жизни электронов и дырок. Влияние выделенной энергии на решетку может быть таким сильным, что может происходить быстрая эрозия материала.

Формирование микрополосок. В результате взрыва (рекомбинации) капель (Au + Ga + As) на поверхности GaAs (см. рис. 1–4) формируются регулярные микрополоски, заполненные раствором Au + Ga + As. Затем, при увеличении толщины Au трещины заполняются выпавшими микроостровками GaAs гексагональной фазы.

Рассмотрим характерные примеры формирования полосок.

1. GaAs c n ~ 10¹⁴ см^–3, d ~ 100 Å. Полоски разделены одинаковым расстоянием (см. рис. 2б), соответствующим длине стоячей волны с f ~ 8 × 10¹¹ Гц. Эта частота соответствует ионно-плазменным колебаниям в GaAs и соотносится со временем жизни неосновных носителей – дырок на поверхности GaAs. При этом формируется множество микроостровков GaAs (гексагональной фазы), плотно прижатых друг к другу и выращенных на этих полосках.

Микроостровки GaAs имеют вытянутую грань, повернутую по отношению к полоскам на угол 60°. Наиболее развитая грань кристалла, как известно, располагается перпендикулярно к направлению теплоотвода. Теплоотвод в данном случае коррелирует с направлением электрического дрейфа заряженных частиц или с диффузией. Как показано на рис. 1а, микрокапли двигаются по поверхности GaAs преимущественно в одном направлении: 30° относительно [110]. Ранее при меньшей толщине Au эти капли находились на вершине микроостровков GaAs. Микрокапли дрейфуют в направлении внутреннего электрического поля: максимальный коэффициент электромеханической связи расположен под углом 30° к [110] GaAs. Преимущественное движение капель в одну сторону объясняется, скорее всего, отрицательным знаком заряда капель Ga + Au (ввиду малого размера), а также геометрической формой выпавших микроостровков GaAs. Распределение этих капель соответствует стоячей волне с f ~ 4 × 10¹⁰ Гц, близкой к частоте циклотронного резонанса электронов. При движении по поверхности GaAs капли собирают материал окружающей среды и имеют в своем составе Au + Ga + As. Таким образом, формируется еще одна поверхностная субструктура. При увеличении d Au эти капли становятся источниками роста островков GaAs, вытянутых перпендикулярно поверхности в виде усов.

2. GaAs c n ~ 10¹⁵ см^–3, d ~ 300 Å. Микрополоски распределены по поверхности GaAs с шагом, соответствующим f ~ 1.2 × 10¹⁰ Гц, что соответствует колебаниям с частотой акустического диапазона. При этом наблюдается диффузия Ga в направлении электрической составляющей акустической волны.

3. GaAs c n ~ (10¹⁶–10^–18) см^–3, d ~ 500 Å. Микрополоски распределяются с шагом, соответствующим f ~ (1.2…1.5) × 10¹⁰ Гц. Островки GaAs развернуты на 60° по отношению к направлению полосок (см. рис. 4б).

Перечисленные выше эффекты имеют следующее объяснение. Поскольку GaAs является хрупким материалом, взрыв микрокапель вызывает образование микротрещин на поверхности GaAs. Направление микротрещин совпадает с направлением [1$\bar {1}$0] на (100) GaAs, которое состоит из атомных цепочек As. Формирование канавок с определенной регулярностью приводит к образованию структуры поверхности, аналогичной дифракционной решетке для падающего света от нагретого испарителя (GaAs имеет слабые пьезоэлектрические свойства) [8]. В результате механических напряжений возникают акустические волны со своей частотой. В этом случае также присутствует дифракция света на акустической волне. Сгруппированные вместе дифракционные пятна расположены вдоль линий трещин. Они являются основными центрами стекания свободных атомов и ионов. Когда трещины заполняются посторонними атомами, они растут и развиваются, а оставшиеся свободные трещины схлопываются.

Потенциальная энергия эмиссии электронов (разряд). Из соотношения частоты колебаний поверхности GaAs до разрушения (взрыва) капель ω₁ и после ω₂, т.е. при переводе системы из одного состояния в другое, можно было определить потенциальную энергию, при которой происходит эмиссия электронов. Оказалось, что для GaAs при n < 10¹⁵ см^–3 разряд происходит при частоте поперечных оптических (ТО) колебаний с энергией 0.033 эВ [10, 12], тогда как при n > 10¹⁵ см^–3 – при частоте длинноволновых продольных оптических (LO) колебаний с энергией 0.029 эВ.

При n ~ 10¹⁵ см^–3 разряд происходит при частоте длинноволновых продольных акустических (LA) колебаний с энергией 0.023 эВ.

Как показано в [14], для GaAs отношение квадратов частот TO-колебаний и LO-колебаний для малых волновых векторов К равно

где ε(0) – статическая диэлектрическая проницаемость, ε(∞) – высокочастотная (оптическая) диэлектрическая проницаемость, обусловленная смещением электронных облаков относительно ионов. Подставляя числа, получаем

Следует отметить, что величина D соответствует длине стоячей волны с частотой колебаний $\omega _{L}^{{ - 1}}$, а величина l ~ $\omega _{T}^{{ - 1}}$, при ω_L/ω_T ≈ D/l имеем $\omega _{L}^{{ - 1}}$/$\omega _{T}^{{ - 1}}$ ≈ 1.07.

Падающий на поверхность среды свет с частотой ω_Т < ω < ω_L не будет распространяться, а будет отражаться от ее границы. Что и происходит при n ~ 10¹⁵ см^–3.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Атомы, ионы и электроны в потоке термически испаряемого золота в вакууме обмениваются с атомами поверхности GaAs энергией и электронами (физические и химические эффекты адсорбции). Облучение образца светом от разогретого испарителя вызывает возникновение фотоэффектов в приповерхностных слоях GaAs. Реакции взаимодействия на границе Au–GaAs приводят к изменению электрического потенциала как в направлении, перпендикулярном поверхности, формируя потенциал двойного электрического слоя, так и в плоскости поверхности. Возникает концентрационная, деформационная и термическая нестабильность в приповерхностных слоях. При этом возбуждаются волны акустического при концентрации электронов n < 10¹⁵ см^–3 и оптического диапазона при n > 10¹⁵ см^–3. Синхронизм колебаний связан с поглощением света разогретого испарителя. При n ~10¹⁵ см^–3 вследствие отражения света синхронизм колебаний обеспечивается на плоскости эффектами рекомбинации заряженных частиц на отдельных дислокациях. На картинах поверхности образцов GaAs фиксируется разрушение и взрыв капель (Au + Ga + As), что связано с эмиссией электронов. В случае образцов с n < 10¹⁵ см^–3 эмиссия электронов происходит вследствие разогрева за счет шнурования тока, а в случае с n > 10¹⁵ см^–3 – за счет охлаждения поверхности. Эмиссия электронов приводит к растрескиванию поверхности GaAs и росту кристаллитов GaAs гексагональной фазы. Все это в конечном итоге определяет зависимость электрофизических параметров контактов металл–GaAs от концентрации электронов в образцах.