[发明专利]一种砷化镓晶片及其制备方法

说明书

本发明涉及一种砷化镓晶片，该砷化镓晶片的一个表面具有氮化镓钝化层，并且所述具有氮化镓钝化层一侧的砷化镓晶片表面的均方根粗糙度不高于0.22nm，接触角不大于4°，所述砷化镓晶片表面的均方根粗糙度使用原子力显微镜测定，且所述接触角使用接触角测量仪测定。本发明还涉及所述砷化镓晶片的制备方法：通过氮气和氢气混合气体在远程射频源作用下形成的氮、氢混合等离子体处理初始砷化镓晶片的表面并形成氮化镓钝化层。本发明的砷化镓晶片具有良好的可控性和稳定性，其表面粗糙度小、缺陷较少且具有超亲水性，并且本发明的砷化镓晶片的性能有大幅度提升，能够为后续的工艺应用提供优质的衬底。

技术领域

本发明涉及一种半导体晶片及其制备方法，特别涉及一种具有氮化镓钝化层的砷化镓晶片及其制备方法。

背景技术

砷化镓(GaAs)是一种重要的III-V族半导体化合物材料，由于其具有高的电子迁移率、高的发光效率等特性，被广泛应用于太阳能电池、半导体激光器等方面。在砷化镓晶片的生产中，砷化镓表面在空气中会常常附着各种有机物、粉尘等污染物，而且容易在表面形成氧化层，较厚的氧化层可形成较高的表面态和界面态密度，这些问题的存在可改变砷化镓材料的性能，进而影响砷化镓材料的应用。

目前，为了保证砷化镓材料使用的稳定性，国内外专家学者对砷化镓表面改性的方法进行了研究，主要是钝化技术，比较常见的是硫钝化技术，该技术通常是利用含硫的化学试剂对砷化镓表面进行处理，使其表面生成一种含硫的钝化层，例如，“A comparisonofS-passivation of III-V(001)surfaces using(NH₄)₂S_x and S₂Cl₂，Gnoth,D.N.等人，Applied Surface Science，1998年，第123-124卷，第120-125页”和“Surface passivationand morphology of GaAs(100)treated in HCl-isopropanol solution，Alperovich,VL等人，Applied Surface Science，2004年，第235卷，第249-259页”。硫钝化技术虽然减少了砷化镓表面在空气中的氧化，但是制备过程中所用的试剂不仅污染环境而且容易粘附在砷化镓表面上形成沾污，这些残留的物质会影响半导体器件的稳定性。另外，硫钝化后效果不稳定，在有氧的大气环境和光照射条件下，会导致钝化的失效。另一种较常用技术是干法钝化技术，该技术主要是利用溅射的方法，在预处理过的砷化镓表面生长一层薄膜硅材料。该种方法避免了湿法钝化中稳定性和环境污染的问题，但预处理过程中引入的表面缺陷较大，且形成的硅薄膜为多晶材料，这就造成工艺精度的控制难度大，重复性较差。此外，专利申请号为201511023310.6的“一种砷化镓材料表面的改性方法”提出了一种用等离子体钝化技术对砷化镓材料表面改性的方法，该方法利用气体等离子体对砷化镓材料表面进行改性，在砷化镓表面形成新的钝化层，但是该方法的工艺步骤复杂，气体种类多，效率低，并且使用的气体中含有CCl₂F₂和NH₃等腐蚀性气体，这不仅会造成设备损坏和环境污染，而且使获得的砷化镓材料表面缺陷较大，影响砷化镓材料的性能和稳定性。

发明内容

鉴于现有技术中存在的问题，一方面，本发明提供一种砷化镓晶片，该砷化镓晶片的一个表面具有氮化镓钝化层，并且所述具有氮化镓钝化层一侧的砷化镓晶片表面的均方根粗糙度不高于0.22nm，接触角不大于4°，所述砷化镓晶片表面的均方根粗糙度使用原子力显微镜测定，且所述接触角使用接触角测量仪测定。

另一方面，本发明提供一种制备本发明所述的砷化镓晶片的方法，包括以下步骤：

(1)将初始砷化镓晶片放置于等离子体清洗设备的处理腔室中，抽真空；

(2)向等离子体腔室中通入氮气和氢气的混合气体，在远程射频源作用下形成氮、氢混合等离子体；