CN101335204A - 一种p型氮化镓的表面处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种p型氮化镓的表面处理方法，属于光电技术领域。该方法包括：将清洗干净的p型氮化镓样品放入反应离子刻蚀机反应室内；对反应室抽真空，至气压小于8.0×10^－5托后，用氟等离子体对样品表面处理。本发明可解除p型氮化镓的Mg－H键，除去氧化层，提高p型氮化镓表面空穴浓度，降低接触电阻的作用；同时，由于采用了干法处理，避免了湿法处理带来的弊端。本发明有效地改善了p型氮化镓的电学性能。

Description

一种p型氮化镓的表面处理方法

技术领域

本发明属于光电技术领域，尤其是提供一种p型氮化镓的表面处理方法。

背景技术

GaN基光电器件由于具有其波长短，发光效率高等优点，在光电领域中正发挥着越来越重要的作用；同时GaN材料在电子器件，比如金属-半导体场效应管，高迁移率晶体管中也受到越来越多的关注。然而GaN基材料的发展也面临着一些困难，其中之一就是p型掺杂的问题。P型GaN中掺入的Mg在生长过程中与H结合成键，因而不能起到受主作用。热退火可以解除Mg-H键，但热退火后通常也只会有1％-0.1％的Mg被激活，因此Mg受主的浓度不高；再加上Mg的电离能较高，造成实际的p型GaN中空穴浓度较低(10¹⁷cm^-3)。低的空穴浓度以及高的功函数使得难以形成高质量的欧姆接触，这严重影响了GaN基光电器件的转换效率，散热性以及寿命。且通常在制作GaN的p型欧姆接触前要进行表面处理，比如用酸类(HCl，王水，HF)和硫化物((NH₄)₂S，Na₂S)的溶液浸泡，从而达到除去表面氧化物，钝化表面，提高表面空穴浓度的作用，然而由于光刻胶在碱性环境中将溶解，用溶液处理p型氮化镓的办法在实际生产应用中会受到很大限制。

发明内容

本发明的目的：提供一种p型氮化镓的表面处理方法，改善p型氮化镓的电学性能。

本发明的上述目的是通过如下的技术方案予以实现的：

一种p型氮化镓的表面处理方法，包括步骤如下：

1)将清洗干净的p型氮化镓样品放入反应离子刻蚀机反应室内；

2)对反应室抽真空，至气压小于8.0×10^-5托后，用氟等离子体对样品表面处理。

在步骤1中，在样品放入反应离子刻蚀机反应室内之前，将反应离子刻蚀机(RIE)反应室内的残余气体抽去至气压小于1毫托。

步骤2中，所述的用氟等离子体对样品表面处理为，在反应室内采用CF₄作为反应气对样品表面进行轰击。

在步骤1中，用三氯乙烯，丙酮，酒精，去离子水分别煮沸并超生对p型氮化镓样品进行清洗。

步骤1之前，p型氮化镓上有光刻图形。

步骤2中，所述用氟等离子体对样品表面进行处理时，反应室内的压强范围为10毫托到60毫托之间。。

步骤2中，所述用氟等离子体对样品表面进行处理时，RIE的刻蚀功率的范围为10瓦到100瓦之间。

步骤2中，所述用氟等离子体对样品表面进行轰击的时间范围为20秒到200秒之间。

本发明的技术效果：

采用本方法能有效地对p型氮化镓的表面进行处理，可解除p型氮化镓的Mg-H键，除去氧化层，提高表面空穴浓度，降低接触电阻的作用；同时，这种方法由于是干法处理，因此避免了湿法处理带来的弊端，比如溶液中的杂质污染表面，碱性溶液腐蚀光刻胶等。

附图说明

图1为本发明处理方法的示意图；

图2为实施例二中所述的F等离子体处理前后I-V曲线的变化，圆形线形为样品处理后的结果，四方线形为样品处理前的结果。

具体实施方式

以下结合图1详细描述本发明p型氮化镓的表面处理方法，但不构成对本发明的限制。

实施例1：

取一篇未退火的P型掺Mg的GaN，p型GaN，用有机溶剂清洗干净；将反应离子刻蚀机(RIE)反应室内的残余气体抽去至气压小于1毫托，然后充气，将清洗干净的p型GaN样品置于反应室内，对反应室抽真空，至气压小于8.0×10^-5托，此时开始F等离子体对p型GaN表面处理。即用CF₄作为反应气，气体流量调至30ccm，RIE的刻蚀功率调为20W，反应时反应室内压强调整至40毫托。轰击表面200秒后停止，关闭CF₄气阀，抽去反应室内的气体，至气压小于8.0×10^-5托后向反应室内充气，直常压后将样品取出。对处理后与未处理的样品进行Hall测量，发现未处理的样品呈高阻特性，而处理后的样品空穴浓度为p＝3×10¹²cm^-2，迁移率为3cm²/vs。这表明F离子处理与退火一样可以解除Mg-H键。由于F离子只能对表层的GaN起作用，因此对不同厚度的样品F离子处理的条件不同。

实施例2：

取一0.6cm×1cm大小的激活后的p型GaN，用有机溶剂清洗干净，用光刻胶作掩膜刻出传输线图形；将反应离子刻蚀机(RIE)反应室内的残余气体抽去至气压小于1毫托，然后充气，将清洗干净的p型GaN样品置于反应室内，对反应室抽真空，至气压小于8.0×10^-5托，此时开始F等离子体对p型GaN表面处理。用CF₄作为反应气，气体流量调至30ccm，RIE的刻蚀功率调为20W，反应时反应室内压强调整至30毫托。轰击表面150秒后停止，关闭CF₄气阀，抽去反应室内的气体，至气压小于8.0×10^-5托后向反应室内充气，直常压后将样品取出。处理后的样品立即去蒸镀Ni/Au(20nm/20nm)电极，剥离光刻胶后于氧气气氛下，500度合金5分钟，测量处理后比接触电阻率的变化。参考图2，可见处理后大大减小了串联电阻，也降低了势垒高度，同时没有增加反向漏电。

本发明中除采用CF₄对p型GaN样品表面处理，还可以采用其他的氟等离子体对p型GaN样品表面处理，如XeF₂等。

上述是对于本发明最佳实施例工艺步骤的详细描述，但是很显然，本发明技术领域的研究人员可以根据上述的步骤作出形式和内容方面非实质性的改变而不偏离本发明所实质保护的范围，因此，本发明不局限于上述具体的形式和细节。

Claims (8)

1、一种p型氮化镓的表面处理方法，包括步骤如下：

1)将清洗干净的p型氮化镓样品放入反应离子刻蚀机反应室内；

2)对反应室抽真空，至气压小于8.0×10^-5托后，用氟等离子体对样品表面处理。

2、如权利要求1所述的p型氮化镓的表面处理方法，其特征在于：在步骤1中，在样品放入反应离子刻蚀机反应室内之前，将反应离子刻蚀机反应室内的残余气体抽去至气压小于1毫托。

3、如权利要求1所述的p型氮化镓的表面处理方法，其特征在于：步骤2中，所述的用氟等离子体对样品表面处理为，在反应室内采用CF₄作为反应气对样品表面进行轰击。

4、如权利要求1或3所述的p型氮化镓的表面处理方法，其特征在于：步骤1中，对p型氮化镓样品进行清洗包括：用三氯乙烯，丙酮，酒精，去离子水分别煮沸并超生p型氮化镓样品。

5、如权利要求1或3所述的p型氮化镓的表面处理方法，其特征在于：步骤1之前，p型氮化镓上有光刻图形。

6、如权利要求1或3所述的p型氮化镓的表面处理方法，其特征在于：步骤2中，所述用氟等离子体对样品表面进行处理时，反应室内的压强范围为10毫托到60毫托之间。

7、如权利要求1或3所述的p型氮化镓的表面处理方法，其特征在于：步骤2中，所述用氟等离子体对样品表面进行处理时，RIE的刻蚀功率的范围为10瓦到100瓦之间。

8、如权利要求1或3所述的p型氮化镓的表面处理方法，其特征在于：步骤2中，所述用氟等离子体对样品表面进行轰击的时间范围为20秒到200秒之间。

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