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前言

砷化鎵GaAs(晶片)和氮化鎵的熱濕氧化是在N2作為主要?dú)怏w和H2O作為氧化劑進(jìn)行的。采用x射線衍射、橢偏儀、光反射儀、顯微拉曼光譜、光學(xué)顯微鏡和原子力顯微鏡研究了材料的參數(shù)和表面形貌。缺少材料參數(shù)或材料參數(shù)范圍很廣，特別是折射率、介電常數(shù)及其對(duì)氧化物成分和結(jié)構(gòu)的依賴性，構(gòu)成了測(cè)量過(guò)程中的一些問(wèn)題。砷化鎵氧化比氮化鎵氧化更難，尤其是來(lái)自HVPE的氮化鎵。

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實(shí)驗(yàn)

砷化鎵和氮化鎵在一個(gè)三區(qū)耐電爐中通過(guò)使用支架被氧化。為了確定合適的參數(shù)，改變了水源溫度和反應(yīng)（氧化）區(qū)溫度。氣體流量和該過(guò)程中的時(shí)間也有所不同。得到的氧化鎵厚度從幾納米到數(shù)百納米。這些研究使用了MOVPE和HVPE在藍(lán)寶石基底上制造的砷化鎵晶圓和氮化鎵層。

濕熱氧化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)和反應(yīng)結(jié)果取決于幾個(gè)參數(shù)：區(qū)域反應(yīng)溫度(a)、水源溫度（水泡器）(b)、主要輸送氣體(c)、通過(guò)水泡器(d)的輸送氣體、反應(yīng)時(shí)間(e)和凝結(jié)氣體類型(f)。

研究采用裸晶片或脫毛層晶片的砷化鎵，氧化溫度的范圍在483到526攝氏度之間。時(shí)間從60分鐘到300分鐘不等。典型的氮?dú)庵髁髁糠謩e為2800 sccm/min，通過(guò)水起泡器的典型流量分別為260和370sccm/min。

使用了兩種氮化鎵樣品——藍(lán)寶石基質(zhì)上的氮化鎵脫毛層——MOVPE薄層和HVPE厚層。砷化鎵樣品的氧化溫度較高，分別為：755、795和82，典型的水溫是95或96。氮的主要流量為1 450 ~2 800 sccm/min，通過(guò)起水器的流量為260~430sccm/min。反應(yīng)器室內(nèi)的總氣體流量約為3000 sccm/min。

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結(jié)果

用肉眼和光學(xué)顯微鏡進(jìn)行光學(xué)觀察，提供了許多關(guān)于氧化物表面形態(tài)的信息?？梢杂^察到(圖1)。例如氮化鎵六邊形島的旋轉(zhuǎn)。砷化鎵是一種比氮化鎵更硬的濕式熱氧化材料?？上У氖?，我們獲得的層是不均勻的(見(jiàn)下面的x光衍射結(jié)果)，不能通過(guò)顏色如二氧化硅來(lái)確定厚度。在砷化鎵上更容易獲得氧化鎵，因?yàn)樗谋砻嬗袓u嶼缺陷（如圖2所示）。由于缺乏非均勻折射率的數(shù)據(jù)，測(cè)量出了氧化物肥料的模糊結(jié)果。?

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圖2砷化鎵表面的氧化物島

更詳細(xì)的結(jié)果來(lái)自x射線衍射測(cè)量和原子力顯微鏡觀察，研究了MOVPE和HVPE在氧化過(guò)程后的氮化鎵層。圖3顯示了T26樣品(MOVPE，厚度為880 (nm)) (a)和G32樣品(HVPE，厚度為12 (um))(b)的表面和輪廓的原子力顯微鏡觀察結(jié)果。兩種樣品在相同的條件下被氧化：反應(yīng)溫度827°C，水源溫度95°C，工藝時(shí)間120min，水蒸氣濃度相同；T26樣品的初始表面較光滑，而G32層的表面較粗糙；HVPE晶體的氧化過(guò)程更快，因?yàn)樵谶@些晶體表面更發(fā)達(dá)，來(lái)自MOVPE的氧化氮化鎵的表面保持光滑，而來(lái)自HVPE的樣品的表面可以觀察到典型的小突起。

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圖4 HVPE氧化氮化鎵的x光衍射光譜

圖4顯示了藍(lán)寶石襯底(G32樣品)上鎵化合物的x射線光譜?？梢宰⒁獾窖趸谋砻鎸雍械?、氧化鎵和氧化鎵。

在砷化鎵GaAs(晶片)和氮化鎵的濕熱氧化過(guò)程中，會(huì)發(fā)生許多不同的反應(yīng)。材料和表面形態(tài)研究的結(jié)果表明，晶體質(zhì)量對(duì)氧化鎵的生成有很大影響。缺少材料參數(shù)或材料參數(shù)范圍很寬，特別是折射率、介電常數(shù)及其與氧化物組成和結(jié)構(gòu)的關(guān)系，構(gòu)成了測(cè)量過(guò)程中的一些問(wèn)題。砷化鎵氧化比氮化鎵氧化更難，尤其是來(lái)自HVPE的氮化鎵，從氮化鎵中得到的氧化物是Ga2O3和GaxNOy的混合物。??