書籍：《炬豐科技-半導(dǎo)體工藝》

文章：GaAs表面的光電化學(xué)鈍化

編號：JFKJ-21-413

作者：炬豐科技

摘要

? 描述了一種用于鈍化暴露在空氣中的 GaAs 表面的濕化學(xué)技術(shù)。鈍化層是元素砷，它是通過用來自汞蒸氣燈的強度為 0.01-0.05 W-cm-的光照射浸入 HCl 酸和去離子 18 M 2 水的混合物中的 n 型 GaAs 晶片而形成的。 使用 XPS、LEED 和 UPS 的研究表明，鈍化表面具有以下特性：(1)在As膜中或在Him/GaAs界面處幾乎沒有或沒有Ga或Ga和As的氧化物物種......

介紹

? 為了形成用于 MBE 生長或表面敏感研究（如 UPS）的干凈、有序的 GaAs 表面，通常需要高溫 (> 500 °C) 處理。在沒有離子轟擊的情況下，所需的溫度通常為 T>5§0 °C。在這些升高的溫度下，由于在解理表面上經(jīng)常觀察到的不可逆效應(yīng)，表面科學(xué)研究受到阻礙。此外，高溫清潔可能會產(chǎn)生影響，例如表面重建，這與低溫 MBE 生長研究不相容。此外，高溫烘烤排除了在 MBE 生長過程中使用傳統(tǒng)光刻膠圖案來定義器件結(jié)構(gòu)的可能性。

背景

? 眾所周知，當(dāng) n 型 GaAs 在酸性或堿性水溶液存在的情況下用大于帶隙能量的光照射時，會發(fā)生光分解。用來解釋這種現(xiàn)象的基本理論結(jié)構(gòu)是半導(dǎo)體/電解質(zhì)界面上過量載流子的存在將降低界面處半導(dǎo)體原子或分子的鍵合強度。這反過來將增加表面化學(xué)反應(yīng)速率，例如氧化。如果反應(yīng)產(chǎn)物主要是在酸或堿中高度溶解的離子、自由基或氧化物，那么在低強度下光刻速率將與入射光子通量成正比。

實驗

? 本實驗中使用的樣品是 (100) 個摻雜有 1-10X IO37 cm 范圍內(nèi)的 Si 并由供應(yīng)商拋光的 ? 型 GaAs 體晶片。在光刻實驗之前，通常對樣品進行清潔和蝕刻。然而，在原樣的晶片上也獲得了鈍化的 As 薄膜。一般而言，在蝕刻晶片上觀察到更一致的結(jié)果。研究了兩種類型的蝕刻表面： (1) 7:1:1-H2SO4：過氧化氫：H2O 1 分鐘，水淬并用氮氣吹干； (2) 3:1:15-NH4OH :H2O2：H2O 1 分鐘，直接轉(zhuǎn)移到光刻溶液中，無需水淬或吹干。（當(dāng)直接轉(zhuǎn)移被水淬和吹干步驟取代時，后一種蝕刻程序成功使用。）光刻溶液通常為 1：1HC1:H2O。然而，這個比例并不重要，因為在 10:L 的高水酸比下獲得了 As 薄膜。

結(jié)論

? 已經(jīng)表明，當(dāng)暴露在空氣中的 n 型 GaAs 晶片在 HCl 和水的溶液中進行光刻，仔細清除了氧氣，會產(chǎn)生大約 5 nm 厚的元素 As 膜。這些薄膜可以通過低能離子轟擊和低溫?zé)崽幚?(150 eV/290 °C) 在 UHV 條件下去除，留下比 MBE 程序產(chǎn)生的表面更完美的表面，例如 600 °C 的熱處理. 這表明通過光刻形成的 As/GaAs 界面沒有污染物，并且 GaAs 表面在離子轟擊或熱處理之前是有序的。這可能為 GaAs 器件制造提供新的可能性。