一种GaSb单晶衬底表面化学钝化的方法
【专利摘要】本发明一种GaSb单晶衬底表面化学钝化的方法,该方法包括如下步骤：步骤1）将抛光后的GaSb单晶片进行表面清洗；步骤2）将GaSb单晶片放入盛有37%体积比的HCl溶液中，腐蚀清洗3?5分钟；步骤3）将GaSb单晶片放入到温度在60℃的碱性(NH4)2S/(NH4)2SO4+S溶液中钝化4?6分钟，其中，碱性(NH4)2S/(NH4)2SO4+S溶液按照每100mL碱性(NH4)2S溶液中加入2g的单质S和1g的(NH4)2SO4的比例配制而成；步骤4）取出GaSb单晶片浸入无水乙醇溶液中清洗6?10分钟，然后经过吹干。本发明通过对GaSb单晶片表面进行化学钝化处理，在表面形成新的硫化物，可有效降低GaSb表面态密度，解决表面脱氧不完全等问题，提高衬底质量。
【专利说明】
一种GaSb单晶衬底表面化学钝化的方法
技术领域
[0001]本发明涉及半导体材料制备技术领域，尤其涉及一种通过化学钝化提高GaSb单晶衬底表面质量的方法，GaSb单晶衬底材料可用于制备新型红外探测器件。
【背景技术】
[0002]锑化镓(GaSb)是一种非常重要的II1-V族直接带隙半导体材料，其作为衬底生长的二元、三元、四元系半导体材料禁带宽度完全覆盖了2-5μπι中红外波段。AlSb、GaSb、InAs的晶格常数在6.1A附近，相互之间的晶格失配很小，有利于生长高质量低缺陷密度的外延材料，这使得GaSb成为研制II类超晶格中红外波段激光器、探测器的理想衬底材料。目前锑化镓基中红外激光器、探测器已广泛用于夜视、通讯、气象、大气监测、工业探伤、地球资源探测、测温等领域。
[0003]GaSb单晶作为衬底材料，其表面质量直接影响着外延材料及器件的性能，高质量的GaSb单晶表面，使衬底材料达到“开盒即用”的标准，不仅可以提高外延材料质量，还可以提高使用效率降低成本。但是与其他材料不同，GaSb材料表面活性较高，存在较高的表面态，极易吸附杂质粒子，并且GaSb极易发生氧化，GaSb衬底表面加工过程中会形成厚度约为4nm的氧化层，氧化层的主要成分为Ga2O3，这种氧化物成分非常稳定。GaSb单晶衬底在使用时首先要经过加热脱氧去除氧化层，再进行外延材料生长。但是GaSb表面形成的氧化物Ga2O3成分非常稳定，难以完全去除，这将对外延材料结构和质量产生严重影响。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种GaSb单晶衬底表面化学钝化的方法，该方法可操作性强，可有效解决GaSb单晶衬底在外延生长使用过程中的脱氧问题，提高外延材料质量。
[0005]为了实现上述目的，本发明的技术方案如下:
一种GaSb单晶衬底表面化学钝化的方法，该方法包括如下步骤:
步骤I)将抛光后的GaSb单晶片进行表面清洗；
步骤2 )将GaSb单晶片放入HCl溶液(HCl与去离子水的体积比为37%)中，腐蚀清洗3_5分钟；
步骤3 )将GaSb单晶片放入到温度在60 0C的碱性(NH4) 2S/ (NH4) 2S04+S溶液中钝化4_6分钟，其中，碱性(NH4) 2S/ (NH4) 2S04+S溶液按照每I OOmL碱性(NH4) 2S溶液中加入2g的单质S和I g的(NH4) 2SO4的比例配制而成；
步骤4)取出GaSb单晶片浸入无水乙醇溶液中清洗6-10分钟，然后经过吹干。
[0006]进一步，所述步骤I)中，GaSb单晶片经过化学机械抛光。
[0007]进一步，所述步骤I)中，对GaSb单晶片表面清洗时，包括下面步骤:
步骤①将GaSb单晶片放入温度在45 °C?55 °C的三氯乙烯溶液中清洗5-10分钟；
步骤②将GaSb单晶片分别经过丙酮、甲醇溶液进行超声清洗，清洗时间为分别为10-15分钟，取出后经过去离子水清洗干净。
[0008]进一步，所述步骤4)中，吹干GaSb单晶片时采用氮气或惰性气体吹干。
[0009]本发明通过对GaSb单晶片表面进行化学钝化处理，在表面形成新的硫化物，可有效降低GaSb表面态密度，解决表面脱氧不完全等问题，提高衬底质量。
【附图说明】
[0010]图1a为未经钝化的GaSb单晶片表面二次离子质谱图；
图1b为经过钝化处理后的GaSb单晶片表面二次离子质谱图；
其中，-POS为正离子质谱;_neg为负离子质谱。
【具体实施方式】
[0011]下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】作详细说明。
[0012]实施例1
GaSb单晶衬底表面化学钝化的方法包括如下步骤:
步骤I)将经过化学机械抛光后的GaSb单晶片进行表面清洗，表面清洗时，包括下面步骤:
步骤①将GaSb单晶片放入温度在45 0C的三氯乙烯溶液中清洗5分钟；
步骤②将GaSb单晶片分别经过丙酮、甲醇溶液进行超声清洗，清洗时间为分别为10分钟，取出后经过去离子水清洗干净
步骤2)将GaSb单晶片放入HCl溶液(HCl与去离子水的体积比为37%)中，腐蚀清洗3分钟；
步骤3 )将GaSb单晶片放入到温度在60 0C的碱性(NH4 )2S/( NH4) 2S(k+S溶液中钝化4分钟，其中，碱性(NH4) 2S/ (NH4) 2SO4+S溶液按照每I OOmL碱性(NH4) 2S溶液中加入2g的单质S和I g的(順4) 2S04的比例配制而成。
[0013]步骤4)取出GaSb单晶片浸入无水乙醇溶液中清洗6分钟，然后经过氮气吹干。
[0014]
实施例2
GaSb单晶衬底表面化学钝化的方法包括如下步骤:
步骤I)将经过化学机械抛光后的GaSb单晶片进行表面清洗，表面清洗时，包括下面步骤:
步骤①将GaSb单晶片放入温度在50 °C的三氯乙烯溶液中清洗1分钟；
步骤②将GaSb单晶片分别经过丙酮、甲醇溶液进行超声清洗，清洗时间为分别为15分钟，取出后经过去离子水清洗干净。
[0015]步骤2)将GaSb单晶片放入HCl溶液(HCl与去离子水的体积比为37%)中，腐蚀清洗5分钟；
步骤3 )将GaSb单晶片放入到温度在60 0C的碱性(NH4 )2S/( NH4) 2S(k+S溶液中钝化6分钟，其中，碱性(NH4) 2S/ (NH4) 2SO4+S溶液按照每I OOmL碱性(NH4) 2S溶液中加入2g的单质S和I g的(順4) 2S04的比例配制而成。
[0016]步骤4)取出GaSb单晶片浸入无水乙醇溶液中清洗10分钟，然后经过惰性气体吹干。
[0017]
实施例3
GaSb单晶衬底表面化学钝化的方法包括如下步骤:
步骤I)将经过化学机械抛光后的GaSb单晶片进行表面清洗，表面清洗时，包括下面步骤:
步骤①将GaSb单晶片放入温度在55 0C的三氯乙烯溶液中清洗7分钟；
步骤②将GaSb单晶片分别经过丙酮、甲醇溶液进行超声清洗，清洗时间为分别为12分钟，取出后经过去离子水清洗干净
步骤2)将GaSb单晶片放入HCl溶液(HCl与去离子水的体积比为37%)中，腐蚀清洗4分钟；
步骤3 )将GaSb单晶片放入到温度在60 0C的碱性(NH4 )2S/( NH4) 2S(k+S溶液中钝化5分钟，其中，碱性(NH4) 2S/ (NH4) 2SO4+S溶液按照每I OOmL碱性(NH4) 2S溶液中加入2g的单质S和I g的(順4) 2S04的比例配制而成。
[0018]步骤4)取出GaSb单晶片浸入无水乙醇溶液中清洗8分钟，然后经过氮气吹干。
[0019]如图1a和图1 b对比可以看出钝化后Ga Sb表面的氧化物明显去除，同时在表面会形成一层由GaSx和AsSx组成的硫化物薄膜，说明钝化效果良好。
[0020]上述示例只是用于说明本发明，本发明的实施方式并不限于这些示例，本领域技术人员所做出的符合本发明思想的各种【具体实施方式】都在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种GaSb单晶衬底表面化学钝化的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤: 步骤I)将抛光后的GaSb单晶片进行表面清洗； 步骤2)将GaSb单晶片放入盛有37%体积比的HCl溶液中，腐蚀清洗3-5分钟； 步骤3 )将GaSb单晶片放入到温度在60 0C的碱性(NH4) 2S/ (NH4) 2S(k+S溶液中钝化4_6分钟，其中，碱性(NH4) 2S/ (NH4) 2SO4+S溶液按照每I OOmL碱性(NH4) 2S溶液中加入2g的单质S和I g的(順4) 2S04的比例配制而成； 步骤4)取出GaSb单晶片浸入无水乙醇溶液中清洗6-10分钟，然后经过吹干。2.如权利要求1所述的的方法，其特征在于，所述步骤I)中，GaSb单晶片经过化学机械抛光。3.如权利要求1所述的的方法，其特征在于，所述步骤I)中，对GaSb单晶片表面清洗时，包括下面步骤: 步骤①将GaSb单晶片放入温度在45°C_55°C的三氯乙烯溶液中清洗5-10分钟； 步骤②将GaSb单晶片分别经过丙酮、甲醇溶液进行超声清洗，清洗时间为分别为10-15分钟，取出后经过去离子水清洗干净。4.如权利要求1所述的的方法，其特征在于，所述步骤4)中，吹干GaSb单晶片时采用氮气或惰性气体吹干。
【文档编号】H01L21/306GK106057663SQ201610488213
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月29日
【发明人】刘京明, 刘彤, 董志远, 赵有文
【申请人】北京华进创威电子有限公司