CN107578985A - 锑化镓衬底及锑化物基ⅱ类超晶格材料的表面清理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明锑化镓衬底及锑化物基Ⅱ类超晶格材料的表面清理方法，步骤一：将样品装入高真空腔室，真空度高于1×10‑6Torr；步骤二：将样品温度升至目标温度并保持；步骤三：开启原子氢源的束流覆盖样品表面，持续1‑50分钟直至样品表面的氧化产物被完全去除，期间的真空度为1×10‑6‑1×10‑5Torr；步骤四：关闭原子氢源，然后在同一真空系统中执行后续的材料生长工艺。本发明在较低的温度下，通过原子氢的辅助来进行表面氧化层及其他残余杂质的去除，避免了高温对材料表面或超晶格中各界面的损伤，清理之后材料表面粗糙度低，大大利于后续材料生长，并可获得更高的界面质量。
Description
技术领域
本发明属于半导体材料与器件技术领域，具体是一种锑化镓衬底及锑化物基Ⅱ类超晶格材料的表面清理方法，它可被应用于清理锑化镓衬底及锑化物基Ⅱ类超晶格材料的表面氧化层及杂质。
背景技术
锑化镓(GaSb)衬底常用于制备红外波段的半导体光电器件，如红外激光器、红外探测器、太阳能电池等。由于GaSb在空气中非常容易被氧化，因此在GaSb衬底上生长材料之前，必须在高真空环境中清除其表面的氧化层及其他残余杂质，否则会影响后续材料的生长质量，从而降低制成器件的性能。
锑化物基Ⅱ类超晶格材料锑化物基Ⅱ类超晶格材料是一种新型的红外探测器材料，能同时满足第三代红外探测器对高探测率、大面阵、多波段、低功耗、低成本等要求，因此成为了第三代红外探测器材料的最佳选择而被国际上广泛看好。锑化物基Ⅱ类超晶格材料是两种或以上的基于InAs、GaSb的二元或多元化合物半导体薄层，按一定的设计顺序周期性地重复沉积而成，这些锑化物及砷化物材料在空气中都容易被氧化，因此在经过刻蚀的超晶格材料上再生长其他钝化材料之前，必须在高真空环境中清除其表面的氧化层及其他残余杂质，否则将严重影响后续材料的质量，并将引入界面态从而增大漏电或非辐射复合，降低器件性能。
普通的高温脱氧方法可以去除GaSb衬底及锑化物基Ⅱ类超晶格材料的表面氧化层，然而该方法需要的温度在500摄氏度或以上，如此高温会损伤GaSb衬底的表面并增大其表面粗糙度，或破坏超晶格材料各层之间的界面，因此非常有必要开发一种在较低温度下进行的表面清理工艺。
发明内容
本发明的目的是提供一种锑化镓衬底及锑化物基Ⅱ类超晶格材料的表面清理方法,该方法在原子氢的辅助下，可在较低的温度下有效地清除材料表面的氧化层及其他残余杂质。
本发明通过如下技术方案实现上述目的：
锑化镓衬底及锑化物基Ⅱ类超晶格材料的表面清理方法，包括以下步骤：
步骤一：将样品装入高真空腔室，真空度高于1×10-6Torr；
步骤二：将样品温度升至目标温度并保持；
步骤三：开启原子氢源的束流覆盖样品表面，持续1-50分钟直至样品表面的氧化产物被完全去除，期间的真空度为1×10-6-1×10-5Torr；
步骤四：关闭原子氢源，然后在同一真空系统中执行后续的材料生长工艺。
进一步的，所述步骤一中的样品为锑化镓衬底或锑化物基Ⅱ类超晶格材料。
进一步的，所述步骤二中的样品升温过程，其升温速率为5-30℃/min。
进一步的，所述步骤二中的目标温度，对于锑化镓衬底，为300-500℃；对于锑化物基Ⅱ类超晶格材料，为200-400℃。
进一步的，所述步骤三中的原子氢源的激发功率为200-500W。
与现有技术相比，本发明锑化镓衬底及锑化物基Ⅱ类超晶格材料的表面清理方法的有益效果是：1)执行表面清理时，样品温度较低，避免了高温对材料表面或超晶格中各界面的损伤；2)与后续生长工艺处于同一个高真空系统中，执行表面清理后紧接着进行后续材料沉积，中途不暴露于外界，避免材料再次被氧化或吸附水分；3)原子氢束流对表面氧化层及其他残余杂质的清除更为彻底，可获得粗糙度很小的光滑表面，大大利于后续材料生长，并可获得更高的界面质量。
具体实施方式
下面用实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。
本实施例展示了一种GaSb衬底及锑化物基Ⅱ类超晶格相关材料的表面清理方法，以表现本发明的表面清理效果。本实施例的步骤包括：
步骤一：取生长锑化物基Ⅱ类超晶格所使用的GaSb衬底为样品，装入高真空腔室中，真空度为1×10-7Torr；
步骤二：以20℃/min的升温速率，将样品温度升至350℃并保持；
步骤三：开启原子氢源的束流覆盖样品表面，原子源氢源的激发功率为400W，持续30分钟，样品表面的氧化产物被完全去除，期间的真空度为2×10-6Torr；
步骤四：关闭原子氢源，并准备在同一真空系统中执行后续的材料生长。
作为对比例，另取GaSb衬底作为样品，重复执行上述步骤，不同之处仅在于：1)在步骤二中，样品温度升至540℃；2)步骤三替换为“保持540℃的衬底温度15分钟，期间不开启原子氢源”。
经过实施例与对比例的处理过程之后，采用原子力显微镜测得两组样品的表面粗糙度Rms。实施例的步骤处理后，样品表面的Rms＝0.37nm；对比例的步骤处理后，样品表面的Rms＝4.7nm。对比可见，采用本发明的原子氢辅助表面清理方法，样品表面在去除氧化层之后非常平滑，而采用对比例中的高温脱氧方法，样品表面的粗糙度相比于实施例样品要高出十倍以上，表明高温脱氧已经对样品表面产生明显损伤。
本发明的表面清理方法在较低的温度下，通过原子氢的辅助来进行表面氧化层及其他残余杂质的去除，避免了高温对材料表面或超晶格中各界面的损伤，清理之后材料表面粗糙度低，大大利于后续材料生长，并可获得更高的界面质量。
以上所述的仅是本发明的一种实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (5)
1.锑化镓衬底及锑化物基Ⅱ类超晶格材料的表面清理方法，其特征在于,包括以下步骤：
步骤一：将样品装入高真空腔室，真空度高于1×10-6Torr；
步骤二：将样品温度升至目标温度并保持；
步骤三：开启原子氢源的束流覆盖样品表面，持续1-50分钟直至样品表面的氧化产物被完全去除，期间的真空度为1×10-6-1×10-5Torr；
步骤四：关闭原子氢源，然后在同一真空系统中执行后续的材料生长工艺。
2.根据权利要求1所述的锑化镓衬底及锑化物基Ⅱ类超晶格材料的表面清理方法，其特征在于：所述步骤一中的样品为锑化镓衬底或锑化物基Ⅱ类超晶格材料。
3.根据权利要求1所述的锑化镓衬底及锑化物基Ⅱ类超晶格材料的表面清理方法，其特征在于：所述步骤二中的样品升温过程，其升温速率为5-30℃/min。
4.根据权利要求1所述的锑化镓衬底及锑化物基Ⅱ类超晶格材料的表面清理方法，其特征在于：所述步骤二中的目标温度，对于锑化镓衬底，为300-500℃；对于锑化物基Ⅱ类超晶格材料，为200-400℃。
5.根据权利要求1所述的锑化镓衬底及锑化物基Ⅱ类超晶格材料的表面清理方法，其特征在于：所述步骤三中的原子氢源的激发功率为200-500W。
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