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摘要
已經(jīng)研究并實(shí)現(xiàn)了成功的 AlN 和 GaN 表面的非原位和原位清潔程序。暴露于 HF 和 HCl 溶液分別在 AlN 和 GaN 表面產(chǎn)生最低的氧覆蓋率。然而，檢測到大量殘留的 F 和 Cl。這些鹵素在氮化物表面束縛了懸掛鍵，阻礙了再氧化。F 的解吸需要溫度 > 850 °C。在 450 °C 時，遠(yuǎn)程 H 等離子體暴露可有效去除兩種氮化物表面的鹵素和碳?xì)浠衔铮珜ρ趸锶コЧ患?。?700–800 °C 的 NH3 中對 GaN 進(jìn)行退火可產(chǎn)生原子級清潔以及化學(xué)計量的 GaN 表面。
介紹
氮化鋁 (AlN)、氮化鎵 (GaN) 和氮化銦 (InN) 是帶隙分別為 6.2、3.5 和 1.9 eV 的半導(dǎo)體。最近演示的基于 InGaN 的藍(lán)色激光器量子阱結(jié)構(gòu)，重點(diǎn)介紹了該領(lǐng)域最近取得的許多進(jìn)展。GaN、AlN 及其合金也可用于高功率、高頻和高溫器件應(yīng)用。 最近觀察到的 AlN6 和 AlxGa1-xN7 合金的負(fù)電子親和力也使這些候選材料成為可能用于場發(fā)射器冷陰極電子器件。
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表面清潔工藝是大多數(shù)半導(dǎo)體器件制造步驟的基礎(chǔ)。在硅和砷化鎵技術(shù)中獲得的經(jīng)驗(yàn)表明，表面清潔對外延缺陷、金屬接觸電阻/穩(wěn)定性、和整體設(shè)備質(zhì)量。因此，表面清潔度的標(biāo)準(zhǔn)必須考慮表面的整個電氣、結(jié)構(gòu)和物理狀態(tài)。這包括去除天然氧化物、有機(jī)污染物、金屬雜質(zhì)、顆粒污染物、吸附分子和殘留物質(zhì)。關(guān)于清潔 Si 和 GaAs 表面的研究已經(jīng)調(diào)查了許多非原位和原位工藝。
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實(shí)驗(yàn)
AlN 樣品來自 (i) 通過 (a) OMVPE53 或 (b) 氣源-分子束外延 (GSMBE) 在 6H-SiC (0001)Si 上外延生長的薄膜，54 或通過反應(yīng)離子濺射沉積在 Si(111) 上) 和 (ii) 熱壓多晶 AlN 晶片。GaN 薄膜通過 OMVPE53 和 GSMBE.54 外延沉積在 6H-SiC (0001) 上生長的 AlN 緩沖層上。
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圖?1. OMVPE AlN 的 AES 調(diào)查光譜 (a) 原樣，(b) 溶劑清洗和 20 分鐘 UV/O3 暴露，以及 (c) 在 10:1 緩沖 HF 中浸泡 3 分鐘?
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??????????圖?4. (a) 浸入 10:1 BHF 并在 (b) 400 °C 下退火 15 分鐘后，(0001) 6H-SiC 上的 30 ? AlN GSMBE 膜的 C 1s 核心能級的 XPS，(c) 600 °C、(d) 800 °C 和 (e) 950 °C
AlN 的原位加工
使用 AES、XPS 和 TPD 進(jìn)一步檢查 HF 處理后 AlN 表面上 F、C 和 O 污染物的化學(xué)和熱解吸。圖 3(b)-3(e) 顯示了隨后在不同溫度下進(jìn)行原位退火后 HF 蝕刻的 AlN 表面的 F 1s 核心能級光譜。在 400 °C 下退火后，兩個 F 1s 峰變得更加明顯（位置：686.7 和 688.7 eV）。較高結(jié)合能線的強(qiáng)度在600℃退火后降低，在800℃退火后幾乎消失。直到 950 °C 才能完全消除低結(jié)合能和高結(jié)合能峰。還監(jiān)測了 C 1s 和 O 1s 核心水平。
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濕法化學(xué)蝕刻和 HF 蒸汽處理
異地 使用基于 HCl 和 HF 的溶液對 GaN 和 AlN 表面進(jìn)行濕法化學(xué)清潔產(chǎn)生的表面氧含量最低，但觀察到顯著濃度的 Cl 和 F。氟僅在 AlN 表面檢測到；僅在 GaN 表面檢測到 Cl。這表明 F 和 Cl 主要分別與 Al 和 Ga 原子結(jié)合。這得到以下事實(shí)的支持：Al-F 和 Ga-Cl 的鍵強(qiáng)度遠(yuǎn)大于 N-Cl 和 N-F 的鍵強(qiáng)度。 73 然而，不能排除在 AlN 表面形成 N-F 鍵，因?yàn)樵?BHF 處理的 AlN 的情況下，F(xiàn) 1s 峰有兩個貢獻(xiàn)位于?686.5 和 688.5 eV。?688.5 eV 處的 F 1s 峰也可能是由于物理吸附的 HF。
結(jié)論
保留在原樣和 UV/O3 以及濕法化學(xué)處理的 AlN 和 GaN 表面上的表面氧化物由主要以 O2- 和 OH- 狀態(tài)與 Al 和 Ga 鍵合的氧組成。不能排除在表面存在一些氮氧化物/N-O 鍵。
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