一种半导体材料表面氮钝化方法与流程

文档序号:15097474发布日期:2018-08-04 14:55阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种对GaSb材料表面进行氮钝化处理的方法,其特征在于,该方法利用原子层沉积技术在GaSb材料表面制备N钝化层薄膜的过程中引入高能量激光束,使高能量激光光斑照射在反应腔室内N源出口处,在原子层沉积过程中所用N源为NH3或N2,高能量激光光斑与N源相互作用使N源NH3或N2分子活化为离子状态,极大地提高N源的活性,使离化状态的N源能与GaSb材料表面的Ga原子快速成键,饱和GaSb材料表面的悬挂键并生成氮化物钝化层薄膜,所述高能量激光波段为紫外波段,用于与N源相互作用破坏NH3或N2分子的化学键,使N源活化为离化状态,提高钝化过程中参与N钝化的N原子的活性,调节钝化反应中系统的吉布斯自由能,增加化学吸附能,提高吸附效率,实现在较低温度下N原子与GaSb材料表面的悬挂键全部成键,解决常规原子层沉积需要在高温下进行及退火处理会引起其他形式缺陷能级产生的问题,所述本发明提出的这种激光辅助原子层沉积N钝化层薄膜分为三个阶段:第一个阶段,激光脉冲首先在生长源出口处对进入生长室的气态生长源相互作用,气态生长源吸收大部分激光脉冲的能量而获得很高的温度和压力,然后形成等离子体态的N源,激光脉冲这时与气态N源作用形成激光焰;第二阶段,激光焰开始传播并与工作气体相互作用而形成复杂的动力学过程,与此同时产生的等离子体态的N源在生长室中压力梯度驱动下到达生长室中样品架上需要N钝化处理的GaSb材料表面;第三阶段,等离子体态的生长源与GaSb材料相互作用,饱和GaSb材料表面的悬挂键并生成N钝化层薄膜,该氮化物钝化薄膜以二维生长的模式生成,在沉积薄膜开始前生长室真空优于1.0×10-3Torr,采用本发明提出的这种GaSb材料表面氮钝化处理的方法完成对GaSb材料表面的N钝化处理,这种处理方法能够在较低温度下实现且不会引入其他的缺陷,实现对GaSb材料高质量的N钝化处理。

2.如权利要求1所述的一种对GaSb材料表面进行氮钝化处理的方法,其特征在于,该方法通过利用高能量激光对沉积氮钝化薄膜所需氮源进行辅助处理,使高能量激光与N源材料相互作用,实现将N源处理为离化状态,提高N源的活性,调节钝化反应中系统的吉布斯自由能,增加化学吸附能,提高吸附效率,实现在较低温度下N原子与GaSb材料表面悬挂键全部成键,解决常规原子层沉积需要在高温下进行及退火处理会引起其他形式缺陷能级产生的问题。

3.如权利要求1所述的一种对GaSb材料表面进行氮钝化处理的方法,其特征在于,所述该方法中利用的高能量激光光源波段为紫外激光,利用高能的紫外激光光子撞击N源气体分子,使N源分子的化学键破裂,同时N源分子吸收高能紫外光子的能量提高在N钝化薄膜沉积过程中离化状态的N源的活性。

4.如权利要求1所述的一种对GaSb材料表面进行氮钝化处理的方法,其特征在于,所述该方法在利用高能量激光处理N源沉积N钝化层薄膜的过程中主要包括3个阶段,第一个阶段,激光脉冲首先在生长源出口处对进入生长室的气态N源相互作用,气态N源吸收大部分激光脉冲的能量而获得很高的温度和压力,然后形成等离子体态的N源,激光脉冲这时与气态N源作用形成激光焰;第二阶段,激光焰开始传播并与工作气体相互作用形成复杂的动力学过程,与此同时产生的等离子体态的N源在生长室中压力梯度驱动下到达生长室中样品架上需要进行N钝化处理的GaSb材料表面;第三阶段,等离子体态的N源与GaSb材料作用饱和表面悬挂键反应生成N钝化层薄膜,该氮化物钝化薄膜以二维生长的模式生成。

5.如权利要求1所述的一种对GaSb材料表面进行氮钝化处理的方法,其特征在于,该方法中N源被所述高能量激光处理后提高了活性使N钝化层薄膜能够在较低温度下进行,处理后的N源饱和了GaSb材料表面的悬挂键,与GaSb材料表面的Ga原子成键并生成氮化物钝化层薄膜,有效保护了钝化层内部GaSb材料不被氧化,降低GaSb材料表面的缺陷,提高GaSb材料的发光性能。

6.如权利要求1所述的一种对GaSb材料表面进行氮钝化处理的方法,其特征在于,所述方法在最后阶段沉积N钝化层薄膜开始前,原子层沉积系统中的真空环境要优于1.0×10-3Torr,确保没有杂质气体分子存在,达到在GaSb材料表面实现高纯氮化物钝化层薄膜制备的目的,实现对GaSb材料高质量的N钝化处理。

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