CN111379027B - 一种砷化镓晶片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种砷化镓晶片，所述晶片表面的硫含量低于2×1015原子/cm3，优选低于5×1014原子/cm3，所述晶片表面的硫含量通过本发明说明书实施例中第III部分定义的检测方法进行测定。本发明还涉及所述砷化镓晶片的制备方法，包括以下步骤：1)使用酸或碱溶液对晶片表面进行浸泡清洗；2)对晶片进行化学机械抛光；3)抛光后，使用氧化剂对晶片表面进行氧化；4)对晶片经过碱溶液处理，随后用去离子水清洗；5)对晶片经过SC‑1溶液处理，随后用去离子水清洗；6)干燥所得晶片；7)再次使用氧化剂对晶片表面进行处理；8)氮气或真空包装。

Description

一种砷化镓晶片及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种砷化镓晶片及其制备方法，尤其是一种表面低硫含量的砷化镓晶片及其制备方法。
背景技术
砷化镓晶片作为一种基本的半导体材料，应用广泛，其制造商也不断地从各个方面对其作改进，以满足乃至引领不同的应用。
砷化镓晶片的一种应用是用作制造垂直腔面发射激光器(Vertical CavitySurface Emitting Laser，VCSEL)的衬底。VCSEL激光器是一种先进的激光器，是3D识别系统、人工智能等系统的关键元器件。由于VCSEL激光器结构特殊，砷化镓衬底的质量对VCSEL激光器的性能有很大影响。
目前常规的砷化镓晶片的表面加工处理过程中主要以SC-1溶液(氨水、过氧化氢和去离子水的混合液)为主来达到清洁表面的目的。这种清洗溶液对于去除表面颗粒和金属离子等非常有效。
发明内容
本发明的发明人出人意料地发现，通过砷化镓晶片表面的特殊处理，可以实现控制砷化镓晶片表面乃至外延层中硫含量的效果。
因此，本发明的目的是提供一种砷化镓晶片，所述砷化镓晶片表面硫含量低于2×1015原子/cm3，优选低于5×1014原子/cm3，所述砷化镓晶片表面的硫含量通过以下方法测定：
将砷化镓晶片用于外延生长的一面作为衬底，直接用于外延生长，外延设备采用德国AIXTRON公司AIX 2800G4的商用金属有机气相沉积(MOCVD)设备，镓源为TMGa，砷源为AsH3，硅掺杂剂为SiH4，碳掺杂剂为CCl4，外延生长温度为650℃，按照如下所示的组成和厚度依次生长总厚度为3.25微米的外延层：
a.层结构：GaAs缓冲层；掺杂元素：Si；掺杂剂量(原子/cm3)：1.20×1018；厚度：2000nm；
b.层结构:GaAs非掺层；厚度：250nm；
c.层结构：GaAs掺碳层；掺杂元素：C(CCl4)；掺杂剂量(原子/cm3)：2.00×1018；厚度：1000nm；
然后使用购自法国Cameca公司的ims-6f型二次离子质谱仪检测所述砷化镓晶片经外延生长后层中的硫含量的分布情况，以外延层中单位体积的硫含量作为砷化镓晶片表面的硫含量。
本发明的第二方面涉及一种制备本发明所述砷化镓晶片的方法，包括以下步骤(在本发明中，如无其他说明，则各步骤按序实施)：
1.使用酸或碱溶液对晶片表面进行浸泡清洗；
2.对晶片进行化学机械抛光；
3.抛光后，使用氧化剂对晶片表面进行氧化；
4.对晶片经过碱溶液处理，随后用去离子水清洗；
5.对晶片经过SC-1溶液(氨水、过氧化氢和去离子水的混合液)处理，随后用去离子水清洗；
6.干燥所得晶片；
7.再次使用氧化剂对晶片表面进行处理；
8.氮气或真空包装。
出乎预料地，采用本发明的砷化镓晶片可以有助于显著降低外延层的硫含量，为VCSEL激光器的应用提供优质衬底，提高VCSEL激光器的性能和使用寿命。本发明的方法可以去除现有技术无法去除的砷化镓表面的硫化物，获得表面低硫含量的砷化镓晶片。
附图说明
图1为未使用本发明的表面处理方法的砷化镓衬底外延层的SIMS深度剖析图。
图2为使用本发明的表面处理方法的砷化镓衬底外延层的SIMS深度剖析图。
图3为不同砷化镓表面处理条件下外延层中硫含量的柱状图。
图4为经过常规方法处理的对比例2中砷化镓外延层中硫的SIMS谱图。
图5为经过常规抛光清洗和臭氧处理的表面处理方法的对比例3中砷化镓外延层中硫的SIMS谱图。
图6为经过常规抛光处理和抛光后臭氧处理以及常规清洗的表面处理方法的对比例4中砷化镓外延层中硫的SIMS谱图。
图7为经过抛光前酸处理和常规清洗的表面处理方法的对比例5中砷化镓外延层中硫的SIMS谱图。
图8为经过本发明的表面处理方法的实施例2中砷化镓外延层中硫的SIMS谱图。
具体实施方式
第一方面，本发明提供一种砷化镓晶片，所述晶片表面硫含量低于2×1015原子/cm3，优选低于5×1014原子/cm3，所述晶片表面的硫含量通过以下方法测定：
将砷化镓晶片用于外延生长的一面作为衬底，直接用于外延生长，外延设备采用德国AIXTRON公司AIX 2800G4的商用金属有机气相沉积(MOCVD)设备，镓源为TMGa，砷源为AsH3，硅掺杂剂为SiH4，碳掺杂剂为CCl4，外延生长温度为650℃，按照如下所示的组成和厚度依次生长总厚度为3.25微米的外延层：
a.层结构：GaAs缓冲层；掺杂元素：Si；掺杂剂量(原子/cm3)：1.20×1018；厚度：2000nm；
b.层结构:GaAs非掺层；厚度：250nm；
c.层结构：GaAs掺碳层；掺杂元素：C(CCl4)；掺杂剂量(原子/cm3)：2.00×1018；厚度：1000nm；
然后使用购自法国Cameca公司的ims-6f型二次离子质谱仪检测所述砷化镓晶片经外延生长后层中的硫含量的分布情况，以外延层中单位体积的硫含量作为砷化镓晶片表面的硫含量。
所述晶片可以是半绝缘型砷化镓也可以是半导体型砷化镓晶片，优选载流子浓度范围为0.4～4.0×1018/cm3的掺硅砷化镓晶片。
所述外延设备可以是分子束外延(MBE)设备。
不囿于特定的理论，现认为，在砷化镓晶片的制备过程中，空气中的含硫化合物易与砷化镓表面反应，形成硫化镓和硫化砷，而这些硫的化合物难溶于常规的清洗溶液，会留在砷化镓晶片表面。硫化镓和硫化砷的分解温度高，在正常的外延生长温度下，无法分解，并会随着外延层的生长继续驻留在最表面，甚至进入外延层的本体，造成器件性能的下降。现有技术中，使用SC-1溶液(氨水、过氧化氢和去离子水的混合液)来清洗砷化镓晶片表面的常规的加工处理方法无法溶解残留在晶片表面的含硫化合物，往往会在外延层中出现硫的聚集(SIMS谱图上会有明显的硫的峰)。
所述砷化镓晶片表面硫含量的测定方法，借助于外延层生长，将砷化镓晶片表面的硫“转移”至外延层层，从而实现对砷化镓晶片表面的硫含量的测定。显然，本发明相关领域普通技术人员应当领会到的是，该检测方法仅仅借助于生长的同质外延层，但是，并不以任何方式意味着本发明的砷化镓晶片仅仅适用于生长同质外延层；相反，本发明砷化镓晶片适用于任何砷化镓晶片适用的应用，包括对于晶片表面硫含量没有特别要求的应用，但是，特别优选用于对硫含量有相应要求的应用。
本发明的砷化镓晶片表面硫含量采用由砷化镓外延层直接测出的硫含量作为计量的结果。
在一个优选实施方案中，砷化镓晶片表面硫含量为5×1014原子/cm3至2×1015原子/cm3。
第二方面，本发明还提供一种制备本发明表面低硫含量的砷化镓晶片的方法，包括以下步骤：
1.使用酸或碱溶液对晶片表面进行浸泡清洗；
2.对晶片进行化学机械抛光；
3.抛光后，使用氧化剂对晶片表面进行氧化；
4.对晶片经过碱溶液处理，随后用去离子水清洗；
5.对晶片经过SC-1溶液处理，随后用去离子水清洗；
6.干燥所得晶片；
7.再次使用氧化剂对晶片表面进行处理；
8.氮气或真空包装。
在本发明中，如无另外说明，则所有的百分比或份数均按重量计，所有浓度均基于所述物质的纯物质计算；操作时，温度均为室温，压力均为大气压。
在本发明方法中，作为初始晶片(即步骤1使用的晶片)进行表面处理的一面是已经完成抛光前步骤(例如已经表面磨平，并任选已经对外缘作倒角处理)并即将进行抛光步骤的晶片表面。
在本发明方法的步骤1中，可以使用的酸优选地为无机强酸，包括但不限于，盐酸、硝酸或氢氟酸，优选盐酸或氢氟酸。所用酸的浓度为其饱和水溶液浓度的45％以上，优选55％以上，例如为45％-60％。
可以使用的碱优选为无机强碱，包括但不限于氢氧化钠、氢氧化钾，优选氢氧化钠。所用碱的浓度为10％-50％，优选15％-45％，更优选20-35％。
对晶片表面进行浸泡清洗，包括但不限于，冲洗或浸入处理，优选浸入处理。在处理过程中，优选采用兆声波或超声波辅助处理。
该步骤的处理温度优选为10-35℃，更优选15-30℃。该步骤的处理时间通常为1-20分钟，优选为5-15分钟，更优选为10-15分钟。
通过强酸和强碱的溶解能力去除前道工序以及环境中残留在晶片表面的各种杂质元素。
在本发明方法中的步骤2中，晶片一般都进行机械抛光，然后进行化学抛光，生产可以直接用于外延生长的晶片产品。
对于机械抛光，可以使用常规的粗抛光溶液，例如，可使用商购抛光磨料以已知的常规方法进行，所述商购抛光磨料如日本Fujimi Corporation的Fujimi INSEC SP抛光磨料或INSEC IPP抛光磨料等。
对于机械抛光，在采用上下盘式的抛光设备(上下盘反向旋转)时，抛光过程中，晶片所受压力为0.04-0.15千克/平方厘米，优选0.05-0.12千克/平方厘米。上盘转速10-45转/分钟，优选12-35转/分钟；下盘转速5-40转/分钟，优选8-30转/分钟。抛光液流量为60-120L/cm2晶片面积/小时。抛光时间为20-70分钟，优选25-60分钟。
对于化学抛光，使用商购抛光液以已知的常规方法进行，所述商购抛光液如日本Fujimi Corperation的Fujimi INSEC SP抛光液或Fujimi COMPOL 80抛光液等。
对于化学抛光，在采用上下盘式的抛光设备(上下盘反向旋转)时，抛光过程中，晶片所受压力为0.05-0.15千克/平方厘米，优选0.06-0.12千克/平方厘米。上盘转速20-60转/分钟，优选25-50转/分钟；下盘转速10-35转/分钟，优选12-25转/分钟。抛光液流量为0.5-1.0ml/cm2晶片面积/分钟。抛光时间为3-20分钟，优选5-15分钟。
对于机械抛光和化学抛光，可以采用现有技术的已知方法来进行，因此不作进一步赘述。
在本发明方法中的步骤3中，优选采用一种强氧化剂处理晶片，使残留的硫化合物变为可溶性及挥发性气体。可以使用的强氧化剂优选为臭氧(优选紫外/臭氧，uv/ozone体系)，氧化处理时间通常为15-90分钟，优选30-80分钟，更优选为45-70分钟。整个过程在室温下发生。
该步骤使用的装置是紫外光臭氧清洗机，其工作原理是VUV低压紫外汞灯能同时发射波长254nm和185nm的紫外光，这两种波长的光子能量可以直接打开和切断有机物分子中的共价键，使有机物分子活化，分解成离子、游离态原子、受激分子等。与此同时，185nm波长紫外光的光能量能将空气中的氧气(O2)分解成臭氧(O3)；而254nm波长的紫外光的光能量能将O3分解成O2和活性氧(O)，这个光敏氧化反应过程是连续进行的，在这两种短波紫外光的照射下，臭氧会不断的生成和分解，活性氧原子就会不断的生成，而且越来越多，由于活性氧原子(O)有强烈的氧化作用，与活化了的有机物分子发生氧化反应，生成挥发性气体(如CO2，SO2，H2O等)逸出物体表面，从而将硫化物等有机物去除。
本发明所用的紫外光臭氧清洗机购自美国Novascan公司PSD-UV1616数控型，灯管材质为固态金属双波汞格灯，光源功率为250W，UV波长为同时产生253.7nm和184.9nm紫外波长。
本发明方法的第4步通常在不高于30℃的温度，优选在不高于20℃的温度，更优选在5-20℃的温度下进行，基于砷化镓表面氧化物可以溶于碱溶液的特性，应用碱溶液溶解掉之前生成的氧化层，露出新鲜的砷化镓表面。
所述碱溶液包括但不限于氢氧化钠或氢氧化钾溶液，优选氢氧化钠溶液。所述碱溶液为稀碱溶液。稀碱溶液可以为例如浓度为0.5-20％、优选1-15％，更优选1-10％的氢氧化钠或氢氧化钾的稀溶液。处理时间通常为1-15分钟，优选为1-10分钟，更优选为1-5分钟。
该处理过程亦可部分或全程辅以兆声波技术进行。优选地，兆声波的波长范围为480-1000千赫，优选为600-850千赫。按晶片单面面积为基准，兆声波作用的能量密度为0.001-0.003W/平方毫米，优选0.0012-0.0022W/平方毫米。
在本发明方法的第5步中，所述SC-1溶液为氨水、过氧化氢和去离子水的混合液。SC-1溶液处理过程有利地在不高于20℃的温度下进行，优选在不高于15℃的温度下进行，更优选在5-15℃的温度下进行。处理时间通常为1-25分钟，优选为3-20分钟，更优选为5-18分钟。
在SC-1溶液中，按重量百分比计算，氨水、过氧化氢的含量通常分别为0.2-10.0％NH3和0.2-3.0％H2O2，优选为0.2-5.0％NH3和0.2-2.5％H2O2，进一步优选0.25-3.5％NH3和0.25-2.0％H2O2。
本发明通过选择氨水和过氧化氢的浓度，有利地降低对晶片表面的腐蚀速度。
同时，该处理过程还可以选择性地使用兆声波技术，这可进一步提高外来颗粒的去除能力，达到使晶片表面均匀洁净的目的。在该步骤中，兆声波的波长范围为480-1000千赫，优选为600-850千赫。按晶片单面面积为基准，兆声波作用的能量密度为0.001-0.003W/平方毫米，优选0.0012-0.0022W/平方毫米。兆声波作用的时间可以与用稀释氨水、过氧化氢和水体系处理晶片的时间相同，也可以长于或短于用稀释氨水、过氧化氢和水体系处理晶片的时间，例如在用稀释氨水、过氧化氢和水体系处理晶片的时间内，断续地用兆声波处理晶片。
通过该步骤可以有效去除表面颗粒和金属离子。
在本发明方法的步骤4和5中(用去离子水洗涤晶片)，各步骤优选在较低温度进行，例如优选0-30℃，更优选5-25℃，最优选在8-20℃。洗涤时间通常为5-100秒，优选20-80秒，更优选40-60秒。
在本发明中，所使用的术语“去离子水”具有本领域中公知的含义。通常，其是指在25℃的电阻率优选不低于15兆欧˙厘米(1.5×107Ω˙cm)，更优选不低于17兆欧˙厘米的水。
用去离子水处理的时间为1-20分钟，优选5-15分钟，更优选5-10分钟。
在本发明方法的步骤6中，可以使用本领域技术人员已知的对晶片进行干燥的任何干燥方法。例如在惰性气氛中干燥晶片，或真空干燥。优选使用热氮气干燥晶片。
干燥温度优选20-100℃，优选40-90℃，更优选45-70℃；干燥时间优选0.5-20分钟，更优选1-10分钟。
在本发明方法的步骤7中，可以使用的氧化剂优选为臭氧(紫外/臭氧，uv/ozone)，氧化时间为1-10分钟，更优选3-8分钟。通过该步骤可以进一步分解硫化合物，并形成保护层，阻止外界硫的反应。
该步骤所使用的氧化剂与步骤3中使用的氧化剂相同，使用的装置同样是紫外光臭氧清洗机，但处理时间不同。
在本发明方法的步骤8中，将所得晶片进行氮气或真空包装可以避免与空气接触，最大程度地防止空气中的硫化物进入晶片。
出乎预料地，发现通过本发明的表面处理方法获得的砷化镓晶片外延层的SIMS谱图上没有明显的硫的峰。根据本发明的处理方法，在抛光前对晶片进行强酸和强碱处理，在抛光后首先进行高强度氧化，让表面杂质生成易溶解和可挥发性物质，清洗后再次氧化分解有害物质，并保护表面，能够去除现有技术无法去除的砷化镓表面的硫化物，获得具有低硫含量的优质砷化镓衬底。
在本发明的上下文中，一般定义和各级优选定义之间可以相互组合，形成新的技术方案，也视为被本说明书所公开。
以下通过实施例示例性地说明本发明，但不应理解为限制本发明的范围。
实施例
I.仪器和装置
兆声波发生器(美国PCT公司9400型)；
紫外光臭氧清洗机(美国Novascan公司PSD-UV1616数控型)；
湿法清洗台(包含浸泡晶片的槽和水洗槽以及排水和排风系统)；
晶片旋转干燥机(美国Semitool公司101型SRD，转速可调)；
SIMS(secondary ion mass spectrometer，二次离子质谱仪)(法国Cameca公司ims-6f型)；
外延生长设备(MOCVD AIX 2800G4，德国AIXTRON公司)。
机械抛光垫为购自美国DOW公司的聚氨酯抛光垫，牌号Suba-X Pad；化学抛光垫为购自美国DOW公司的聚氨酯抛光垫，牌号POLITEX Pad，抛光垫直径为1米。
机械抛光磨料为日本Fujimi Corporation的Fujimi INSEC SP抛光磨料。对于机械抛光，采用上下盘式的抛光设备(上下盘反向旋转)，抛光过程中，晶片所受压力为0.10千克/平方厘米，上盘转速25转/分钟，下盘转速20转/分钟。抛光液流量为80升/cm2晶片面积/小时。抛光时间为40分钟。
化学抛光使用日本Fujimi Corperation的Fujimi COMPOL 80抛光液。在采用上下盘式的抛光设备(上下盘反向旋转)，抛光过程中，晶片所受压力为0.10千克/平方厘米。上盘转速30转/分钟，下盘转速25转/分钟。抛光液流量为0.75ml/cm2晶片面积/分钟。抛光时间为15分钟。
II.实验晶片：
如无另外说明，均采用直径7.60厘米的砷化镓晶片，厚度为450μm，所述晶片已经完成抛光前步骤(已做外缘倒角、表面磨平)并即将进行抛光步骤。
III.本发明的砷化镓表面的硫含量的检测方法：
将砷化镓晶片经表面处理的一面作为衬底，直接用于外延生长，外延设备采用德国AIXTRON公司AIX 2800G4的商用金属有机气相沉积(MOCVD)设备，镓源为TMGa，砷源为AsH3，硅掺杂剂为SiH4，碳掺杂剂为CCl4，外延生长温度为650℃，按照如下所示的组成和厚度依次生长总厚度为3.25微米的外延层：
a.层结构：GaAs缓冲层；掺杂元素：Si；掺杂剂量(原子/cm3)：1.20×1018；厚度：2000nm；
b.层结构:GaAs非掺层；厚度：250nm；
c.层结构：GaAs掺碳层；掺杂元素：C(CCl4)；掺杂剂量(原子/cm3)：2.00×1018；厚度：1000nm；
然后使用购自法国Cameca公司的ims-6f型二次离子质谱仪检测所述砷化镓晶片经外延生长后层中的硫含量的分布情况，以外延层中单位体积的硫含量作为砷化镓晶片表面的硫含量。
对比例1
通过以下步骤处理实验晶片:
1.将1片实验晶片进行常规的化学机械抛光处理；
2.在20℃下将晶片浸入浓度为10％的氢氧化钠溶液中，处理10分钟；
3.将上述晶片取出，放入冲洗槽，在20℃下用电阻率大于17兆欧˙厘米的去离子水冲洗6分钟；
4.将晶片浸入含有H2O2的氨水溶液中，在20℃下处理3分钟，所述溶液中氨水的浓度为5重量％，H2O2的浓度为2重量％；
5.将上述晶片取出，放入冲洗槽，在20℃下用电阻率大于17兆欧˙厘米的去离子水冲洗7分钟；
6.将冲洗后的晶片取出，放入晶片旋转干燥机中用热氮气(70℃)干燥1分钟。
使用第III部分所述方法检测砷化镓晶片表面的硫含量，结果如图1所示。从图1中可以看出，使用上述处理方法可以观察到上述晶片外延层的SIMS谱图上有明显硫的峰，硫含量为4.9×1015原子/cm3。
实施例1
通过以下步骤处理实验晶片：
1.将1片实验晶片浸入45重量％的浓盐酸溶液中，在20℃下处理5分钟；
2.对晶片进行常规的化学机械抛光处理；
3.使用前述紫外光臭氧清洗机，利用臭氧对晶片进行表面氧化60分钟；
4.在20℃下将晶片浸入浓度为10％的氢氧化钠溶液中，处理10分钟；
5.将上述晶片取出，放入冲洗槽，在20℃下用电阻率大于17兆欧˙厘米的去离子水冲洗6分钟；
6.将晶片浸入含有H2O2的氨水溶液中，在20℃下处理3分钟，所述溶液中氨水的浓度为5重量％，H2O2的浓度为2重量％；
7.将上述晶片取出，放入冲洗槽，在20℃下用电阻率大于17兆欧˙厘米的去离子水冲洗7分钟；
8.将冲洗后的晶片取出，放入晶片旋转干燥机中用热氮气(70℃)干燥1分钟；
9.使用前述紫外光臭氧清洗机，利用臭氧对晶片表面处理5分钟；
10.将所得晶片进行真空包装。
使用第III部分所述方法检测砷化镓晶片表面的硫含量，结果如图2所示。从图2中可以看出，使用本发明的表面处理方法，在所得晶片的外延层的SIMS谱图上没有明显的硫的峰，未测出硫的存在。通过本发明的表面处理方法可以得到低硫含量的晶片，为VCSEL激光器的应用提供优质衬底，提高VCSEL激光器的性能和使用寿命。
为了进一步比较不同的砷化镓晶片的表面处理条件对砷化镓晶片表面硫含量的影响，取5片相同的实验晶片进行如下实验。
取1片实验晶片，进行如下对比例2的实验步骤，标记为经过常规的表面处理方法“a”的晶片；
取1片实验晶片，进行如下的对比例3的实验步骤，标记为经过常规抛光清洗+臭氧处理的表面处理方法“b”的晶片；
取1片实验晶片，进行如下的对比例4的实验步骤，标记为经过常规抛光处理+抛光后臭氧处理+常规清洗的表面处理方法“c”的晶片；
取1片实验晶片，进行如下的对比例5的实验步骤，标记为经过抛光前酸处理+常规清洗的表面处理方法“d”的晶片。
取1片实验晶片，进行如下实施例2的实验步骤，标记为经过本发明的表面处理方法“e”的晶片；
对比例2
1.将1片实验晶片进行常规的化学机械抛光处理；
2.在20℃下将晶片浸入浓度为10％的氢氧化钠溶液中，处理6分钟；
3.将上述晶片取出，放入冲洗槽，在20℃下用电阻率大于17兆欧˙厘米的去离子水冲洗5分钟；
4.将晶片浸入含有H2O2的氨水溶液中，在20℃下处理2分钟，所述溶液中氨水的浓度为5重量％，H2O2的浓度为2重量％；
5.将上述晶片取出，放入冲洗槽，在20℃下用电阻率大于17兆欧˙厘米的去离子水冲洗5分钟；
6.将冲洗后的晶片取出，放入晶片旋转干燥机中用热氮气(70℃)干燥1分钟。
对比例3
1.对晶片进行常规的化学机械抛光处理；
2.在20℃下将晶片浸入浓度为10％的氢氧化钠溶液中，处理6分钟；
3.将上述晶片取出，放入冲洗槽，在20℃下用电阻率大于17兆欧˙厘米的去离子水冲洗5分钟；
4.将晶片浸入含有H2O2的氨水溶液中，在20℃下处理2分钟，所述溶液中氨水的浓度为5重量％，H2O2的浓度为2重量％；
5.将上述晶片取出，放入冲洗槽，在20℃下用电阻率大于17兆欧˙厘米的去离子水冲洗5分钟；
6.将冲洗后的晶片取出，放入晶片旋转干燥机中用热氮气(70℃)干燥1分钟；
7.使用前述紫外光臭氧清洗机，利用臭氧对晶片表面处理5分钟。
对比例4
1.对晶片进行常规的化学机械抛光处理；
2.使用前述紫外光臭氧清洗机，利用臭氧对晶片进行表面氧化50分钟；
3.在20℃下将晶片浸入浓度为10％的氢氧化钠溶液中，处理6分钟；
4.将上述晶片取出，放入冲洗槽，在20℃下用电阻率大于17兆欧˙厘米的去离子水冲洗5分钟；
5.将晶片浸入含有H2O2的氨水溶液中，在20℃下处理2分钟，所述溶液中氨水的浓度为5重量％，H2O2的浓度为2重量％；
6.将上述晶片取出，放入冲洗槽，在20℃下用电阻率大于17兆欧˙厘米的去离子水冲洗5分钟；
7.将冲洗后的晶片取出，放入晶片旋转干燥机中用热氮气(70℃)干燥1分钟。
对比例5
1.将1片实验晶片浸入45重量％的氢氟酸溶液中，在20℃下处理7分钟；
2.对晶片进行常规的化学机械抛光处理；
3.在20℃下将晶片浸入浓度为10％的氢氧化钠溶液中，处理6分钟；
4.将上述晶片取出，放入冲洗槽，在20℃下用电阻率大于17兆欧˙厘米的去离子水冲洗5分钟；
5.将晶片浸入含有H2O2的氨水溶液中，在20℃下处理2分钟，所述溶液中氨水的浓度为5重量％，H2O2的浓度为2重量％；
6.将上述晶片取出，放入冲洗槽，在20℃下用电阻率大于17兆欧˙厘米的去离子水冲洗5分钟；
7.将冲洗后的晶片取出，放入晶片旋转干燥机中用热氮气(70℃)干燥1分钟。
实施例2
1.将1片实验晶片浸入45重量％的氢氟酸溶液中，在20℃下处理7分钟；
2.对晶片进行常规的化学机械抛光处理；
3.使用前述紫外光臭氧清洗机，利用臭氧对晶片进行表面氧化50分钟；
4.在20℃下将晶片浸入浓度为10％的氢氧化钠溶液中，处理6分钟；
5.将上述晶片取出，放入冲洗槽，在20℃下用电阻率大于17兆欧˙厘米的去离子水冲洗5分钟；
6.将晶片浸入含有H2O2的氨水溶液中，在20℃下处理2分钟，所述溶液中氨水的浓度为5重量％，H2O2的浓度为2重量％；
7.将上述晶片取出，放入冲洗槽，在20℃下用电阻率大于17兆欧˙厘米的去离子水冲洗5分钟；
8.将冲洗后的晶片取出，放入晶片旋转干燥机中用热氮气(70℃)干燥1分钟；
9.使用前述紫外光臭氧清洗机，利用臭氧对晶片表面处理5分钟。
使用第III部分所述方法检测砷化镓表面的硫含量，所得结果总结于下表1中。
表1
实施例编号 硫含量(原子/cm<sup>3</sup>)
对比例2 1.16×10<sup>16</sup>
对比例3 5.00×10<sup>15</sup>
对比例4 3.68×10<sup>15</sup>
对比例5 7.82×10<sup>15</sup>
实施例2 ND
表1中，“ND”表示因低于SIMS检测下限值(5×1014原子/cm3)而未被检测出的情形。
从表1可以看出，通过本发明的处理方法得到的砷化镓晶片表面的硫含量显著低于常规表面处理工艺得到的晶片表面的硫含量。经过本发明的方法——既包括抛光前酸处理，又包括两步臭氧处理——得到的晶片表面的硫含量比只经过一步氧化处理步骤或只经过抛光前酸处理步骤得到的晶片表面的硫含量低。
取4片相同的实验晶片进行如下实施例，不同之处在于氧化处理时间不同。不同的氧化处理时间所得砷化镓晶片表面的硫含量列于下表2中。
实施例3-6
1.将1片实验晶片浸入30重量％的氢氧化钠溶液中，在20℃下处理10分钟；
2.对晶片进行常规的化学机械抛光处理；
3.使用前述紫外光臭氧清洗机，利用臭氧对晶片进行表面氧化处理；
4.在20℃下将晶片浸入浓度为10％的氢氧化钾溶液中，处理10分钟；
5.将上述晶片取出，放入冲洗槽，在20℃下用电阻率大于17兆欧˙厘米的去离子水冲洗6分钟；
6.将晶片浸入含有H2O2的氨水溶液中，在20℃下处理3分钟，所述溶液中氨水的浓度为6重量％，H2O2的浓度为3重量％；
7.将上述晶片取出，放入冲洗槽，在20℃下用电阻率大于17兆欧˙厘米的去离子水冲洗7分钟；
8.将冲洗后的晶片取出，放入晶片旋转干燥机中用热氮气(70℃)干燥1分钟；
9.使用前述紫外光臭氧清洗机，利用臭氧对晶片进行表面处理。
表2
Figure BDA0001926626600000151
虽然已参照特定实施方案对本发明进行了说明，但本领域技术人员应认识到的是，在不偏离本发明主旨和范围的情况下，可对所述实施方案进行改变或改进，本发明范围通过所附权利要求书限定。

Claims (22)

1.一种砷化镓晶片，其特征在于，所述砷化镓晶片表面硫含量低于2×1015原子/cm3，所述砷化镓晶片表面的硫含量通过以下方法测定：
将砷化镓晶片用于外延生长的一面作为衬底，直接用于外延生长，外延设备采用德国AIXTRON公司AIX 2800G4的商用金属有机气相沉积MOCVD设备，镓源为TMGa，砷源为AsH3，硅掺杂剂为SiH4，碳掺杂剂为CCl4，外延生长温度为650℃，按照如下所示的组成和厚度依次生长总厚度为3.25微米的外延层：
a.层结构：GaAs缓冲层；掺杂元素：Si；掺杂剂量：1.20×1018原子/cm3；厚度：2000nm；
b.层结构:GaAs非掺层；厚度：250nm；
c.层结构：GaAs掺碳层；掺杂元素：C；掺杂剂量：2.00×1018原子/cm3；厚度：1000nm；
然后使用购自法国Cameca公司的ims-6f型二次离子质谱仪检测所述砷化镓晶片经外延生长后层中的硫含量的分布情况，以外延层中单位体积的硫含量作为砷化镓晶片表面的硫含量。
2.根据权利要求1所述的晶片，其中砷化镓晶片表面硫含量低于5×1014原子/cm3。
3.制备如权利要求1所述晶片的方法，包括以下步骤：
1)抛光前使用酸或碱溶液对晶片表面进行浸泡清洗；
2)对晶片进行化学机械抛光；
3)抛光后，使用氧化剂对晶片表面进行氧化；
4)对晶片经过碱溶液处理，随后用去离子水清洗；
5)对晶片经过SC-1溶液处理，随后用去离子水清洗；
6)干燥所得晶片；
7)再次使用氧化剂对晶片表面进行处理；
8)氮气或真空包装。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤1)中使用的酸为盐酸、硝酸或氢氟酸，所用酸的浓度为其饱和水溶液浓度的45％以上。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所用酸的浓度为其饱和水溶液浓度的55％以上。
6.根据权利要求4所述的方法，其中所用酸的浓度为其饱和水溶液浓度的45％-60％。
7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤1)中使用的碱为氢氧化钠、氢氧化钾，所用碱的浓度为10％-50％。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所用碱的浓度为15％-45％。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所用碱的浓度为20-35％。
10.根据权利要求3、4和7中任一项所述的方法，其特征在于，第1)步处理的时间为1-20分钟。
11.根据权利要求10所述的方法，其中第1)步处理的时间为5-15分钟。
12.根据权利要求11所述的方法，其中第1)步处理的时间为10-15分钟。
13.根据权利要求3、4和7中任一项所述的方法，其特征在于，第1)步中对晶片表面进行的浸泡清洗包括冲洗或浸入处理。
14.根据权利要求13所述的方法，其中第1)步中对晶片表面进行的浸泡清洗为浸入处理。
15.根据权利要求3、4和7中任一项所述的方法，其特征在于，第3)步中所使用的氧化剂为紫外/臭氧，氧化处理的时间为15-90分钟。
16.根据权利要求15所述的方法，其中氧化处理的时间为30-80分钟。
17.根据权利要求16所述的方法，其中氧化处理的时间为45-70分钟。
18.根据权利要求3、4和7中任一项所述的方法，其特征在于，第4)步中所述碱溶液为浓度为0.5-20％的氢氧化钠或氢氧化钾的稀溶液。
19.根据权利要求18所述的方法，其中第4)步中所述碱溶液为浓度为1-15％的氢氧化钠或氢氧化钾的稀溶液。
20.根据权利要求3、4和7中任一项所述的方法，其特征在于，SC-1溶液为氨水、过氧化氢和去离子水的混合液。
21.根据权利要求3、4和7中任一项所述的方法，其特征在于，第7)步中所使用的氧化剂为紫外/臭氧，氧化处理的时间为1-10分钟。
22.根据权利要求21所述的方法，其中氧化处理的时间为3-8分钟。
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