[發明專利]砷化鎵表面自體氧化物清洗、純化及淀積Al2O3介質的方法

無效

• 申請號: 201110285677.0
• 申請日: 2011-09-23
• 公開（公告）號: CN102339775A
• 公開（公告）日: 2012-02-01
• 發明（設計）人: 孫清清;房潤辰;楊雯;王鵬飛;張衛
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H01L21/67
• 分類號: H01L21/67;H01L21/316;B08B3/08
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域??

本發明屬于半導體材料技術領域，具體涉及一種砷化鎵表面自體氧化物的清洗和進一步淀積Al₂O₃介質的方法。

背景技術???

隨著微電子產業和光電子產業的高速發展，對GaAs等Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體材料制備的半導體激光器、光纖通信光接收組件、高速和高頻半導體器件的需求越來越大，所以GaAs等Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體材料的研究一直是學術界和工業界關注的重點。GaAs本征材料由于具有很高的電子遷移率、較大的禁帶寬度(1.43eV)和較低載流子濃度，因而在高速器件和高溫環境中獲得廣泛運用。GaAs被認為是后硅時代?(Post-Silicon)中非常有可能取代硅(Si)作為CMOS器件的溝道材料。但是，由于GaAs暴露在空氣中很容易被氧化生成一系列復雜的氧化物和砷單質，這使得GaAs材料的表面缺陷很多，無法直接用于和微電子器件和光電子器件中。無法制備出清潔表面的GaAs和缺少合適的鈍化GaAs表面的介質材料是長期以來是阻礙GaAs材料大規模應用的最大的問題。

上世紀六、七十年代，借鑒Si氧化后能生成高質量的SiO₂薄膜的思路，科研人員曾花費大量精力研究GaAs的自體氧化物作為鈍化介質，但最后都以失敗告終。深入的研究發現，砷的氧化物是不穩定的，自體氧化層與GaAs之間有很高的界面態密度，它們對載流子起著散射中心和非輻射復合中心的作用，減小載流子的遷移率，并引起費米能級釘扎，因而嚴重影響到器件的電學和光學特性。

采用常規的GaAs清洗流程后，GaAs表面自體氧化物并不能完全清除，而且清洗過程結束后的GaAs樣品到下一步的工藝步驟之間無法避免在空氣中暴露。清潔的GaAs表面具有很活潑的化學性質，GaAs樣品的表面會和空氣中的氧氣發生如下的一系列反應：???

3O₂+2GaAs=As₂O₃+Ga₂O_{3????????????????????????????}(1)

4O₂+2GaAs=As₂O₅+Ga₂O_{3?????????????????????????????}(2)

As₂O₃+2GaAs=Ga₂O₃+4As??????????????????????(3)

3As₂O₅+10GaAs=5Ga₂O₃+16As???????????????????(4)

從而在GaAs表面生成了Ga₂O₃、As₂O₃和As等成分。

1987年sandroff等首先提出了硫化物水溶液鈍化GaAs表面的硫鈍化方法。他們使用Na₂S·9H₂O溶液來鈍化Al_xGa_1-xAs/GaAs異質結雙極晶體管(HBT)器件，使HBT的小電流放大系數提高達60倍，鈍化后樣品的光致發光(PL)強度增加了250倍。濕法硫鈍化的機理是通過溶液中的S^2-離子和GaAs的自體氧化物以及砷單質的化學反應，生成以Ga_xS_y和As_xS_y為主的致密的鈍化層。硫鈍化方法有效地去除表面不穩定氧化物，生成硫化物層，并且能抑制表面再次被氧化，使表面態密度下降，表面復合速率下降。基本達到了降低表面態密度(電子學鈍化)和提高穩定性(化學鈍化)的效果。近些年來，有關GaAs材料的各種硫鈍化方法不斷被發明和采用，極大地改善了GaAs的表面特性。