关于砷化镓晶片的湿式化学蚀刻的研究报告

引言

外延片或所谓的外延片是一种通过外延生长生产的材料，商业上可用于许多不同的电子应用。外延晶片可以由单一材料(单晶晶片)和/或多种材料(异质晶片)制成。可用作衬底的“外延”晶片的选择有限，例如硅、氮化镓(GaN)、砷化镓(GaAs)、镓、铟、铝、磷或砷。在这一点上，作为我们华林科纳研究的重点，GaAs晶圆是一个很好的候选，它可以成为二极管等各种技术器件中最常见的衬底之一。

衬底表面对实现高性能红外器件和高质量薄膜层起着重要作用。GaAs (211)硼晶片被广泛用于红外探测器应用。尽管市场上很容易找到“成品”晶圆，但由于其制造工艺，大多数晶圆都存在缺陷和污染。晶片上的缺陷和污染可能对薄膜生长和探测器应用产生有害影响。在本研究中，为了解湿化学清洗工艺对GaAs晶圆的影响，进行了基湿化学蚀刻。在这些处理之后，通过原子力显微镜和扫描电子显微镜研究了GaAs晶片的表面。

材料和方法

湿化学刻蚀： 湿化学蚀刻是清洁表面最重要的方法之一，在此过程中可以使用各种酸和蚀刻剂。为了在晶片上应用湿化学程序，用切片机将晶片切成片，通常为1 × 1 cm2。湿化学蚀刻过程包括三个步骤:脱脂、化学处理和干燥。脱脂步骤包括在晶片上实施丙酮(C3H6O)和甲醇(CH3OH)。在此过程中，GaAs (211)B晶圆片在丙酮中煮沸三分钟，然后在去离子水中上升，最后在甲醇中煮沸三分钟，并再次在去离子水中漂洗。脱脂处理后，工件的化学处理在溶液(H2SO4:H2O2:H2O)中以不同的比例和实施时间进行蚀刻。最后，蚀刻后的样品在去离子水中再次冲洗以完成蚀刻，并用旋转干燥器(4600转/分)干燥样品。表1中列出了所执行的湿化学蚀刻工艺和GaAs晶片样品的实施时间。该表用于比较实施时间和对基底的腐蚀作用。

结果

在图1中，给出了未蚀刻砷化镓样本的AFM2D和3D地形图像和高度剖面分析。从一个样品的5个扫描区域获得的平均均方根粗糙度为0.45nm。轮廓分析表明，在湿化学蚀刻过程前，表面结构的最大高度可达到29.26nm。

样品B1的2D和3D地形AFM图像和SEM图像如图2(a)、2(b)和2(c)中的三维AFM图像和SEM图像。扫描的三个区域的平均均方根粗糙度为2.30nm。可以看出，B1样品的均方根值低于下面的结果。低均方根值归因于使用 piranha溶液的暴露时间（30秒）。在混合物实现时间最低时，发现最大结构高度(103.66nm)。剖面分析表明，样品表面有大约5nm的蚀刻坑。AFM地形图像与扫描电镜图像一致。通过1万次放大得到的扫描电镜图像显示，样品表面具有多孔结构。

结论

本文研究了利用化学蚀刻法对砷化镓（211）B晶片的表面粗糙度和缺陷控制，以增强可用于红外探测器应用的CdTe薄膜的缓冲层特性。溶液(h2so4：h2o2：h2o)应用脱脂的砷化镓晶片，不同浓度，不同的实施时间。用Piranha原子力显微镜和扫描电镜对Piranha溶液处理后进行表面表征。采用EDX扫描电镜仪对表面成分进行初步评估。用拉曼光谱法研究了光学声子模和与氧化物相关的声子模。此外，还对所有样本都进行了拉曼映射。由于蚀刻过程后表面的凹坑和高度不同，有限样品的测绘图像是清晰的。B样品显示每个样品的高强度氧化镓峰，B1和B3的高强度三氧化二砷峰作为氧化的指示；FWHM值与含义之间没有关系。C样品的三氧化二砷峰光滑，而只有C1和C3的光滑的氧化镓峰作为氧化和Ga与酸性溶液反应的标志。C样本的FWHM值与含义之间没有关系。E样品没有显示任何氧化镓和三氧化二砷峰，这意味着从砷化镓样品表面去除了保护性氧化物层。G系列样本显示G1的每个样本三氧化二砷峰的氧化镓，这表明暗示时间的增加将三氧化二砷从表面去除。除E2和E3外，所有蚀刻样品均观察到砷化镓(DAs)的相关缺陷模式。最后对所有样本进行了拉曼映射，但从一些样本中获得的结果被发现是可发表的。通过拉曼映射，较暗检测区域的三氧化二砷更强烈。

审核编辑：符乾江