不同晶向GaSb晶片表面化学组分及形貌分析_程雨

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1、ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳＶｏｌ．３６Ｎｏ．６Ｄｅｃ．２０１５材料、结构及工艺不同晶向ＧａＳｂ晶片表面化学组分及形貌分析程雨，刘京明，刘彤，苏杰，杨凤云，董志远，赵有文（中国科学院半导体研究所材料科学重点实验室，北京１０００８３）摘要：对相同条件下制备的不同晶向的锑化镓抛光晶片表面化学组分进行了ＸＰＳ测试比较，结果表明（１１０）ＧａＳｂ晶片表面的氧化程度最为严重，表面极为粗糙；有极性的（１１１）ＧａＳｂ晶面由于Ｇａ—Ｓｂ价键存在于衬底内部，反而氧化程

2、度较低，表面较光滑。分析比较了ＧａＳｂ晶面表面化学组分与形貌的关系。关键词：锑化镓；ＸＰＳ；表面氧化；表面形貌中图分类号：ＴＮ３０４．２文献标识码：Ａ文章编号：１００１－５８６８（２０１５）０６－０９２２－０３ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＣｈｅｍｉｃａｌＣｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔｓａｎｄＳｕｒｆａｃｅＭｏｒｐｈｏｌｏｇｙｏｆｔｈｅＧａｌｌｉｕｍＡｔｉｍｏｎｉｄｅＷａｆｅｒｓｗｉｔｈＤｉｆｆｅｒｅｎｔＣｒｙｓｔａｌＯｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｓＣＨＥＮＧＹｕ，ＬＩＵＪｉｎｇｍｉｎｇ，ＬＩＵＴｏｎｇ，ＳＵＪｉｅ，ＹＡＮＧＦｅｎｇｙｕｎ，ＤＯＮＧＺｈｉｙｕａｎ，ＺＨＡＯＹｏｕｗｅｎ（ＫｅｙＬａｂ．ｏｆ

3、ＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅ，ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，ＣＨＮ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｕｒｆａｃｅｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔｓｏｆｐｏｌｉｓｈｅｄｇａｌｌｉｕｍａｔｉｍｏｎｉｄｅ（ＧａＳｂ）ｗａｆｅｒｓｐｒｅｐａｒｅｄｕｎｄｅｒｔｈｅｓａｍｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｂｙＸＰＳｗｉｔｈｄｉｆｆｅｒｅｎｔｃｒｙｓｔａｌｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｔｈａｔｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆ（１１

4、０）ＧａＳｂｗａｆｅｒｉｓｏｘｉｄｅｄｍｏｓｔａｎｄｅｘｈｉｂｉｔｓｔｈｅｌａｒｇｅｓｔｒｏｕｇｈｎｅｓｓ．ＡｓＧａ－Ｓｂｂｏｎｄｓａｒｅｉｎｔｈｅｂｕｌｋｏｆｔｈｅｓｕｂｓｔｒａｔｒａｔｅ，（１１１）ＧａＳｂｗａｆｅｒｓａｒｅｏｘｉｄｅｄｌｅａｓｔａｎｄｈａｖｅｓｍｏｏｔｈｓｕｒｆａｃｅｓ．Ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｃｈｅｍｉｃａｌｃｏｎｓｔｉｔｕｅｎｔｓａｎｄｓｕｒｆａｃｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｗａｓａｎａｌｙｚｅｄｂｙｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＧａＳｂ；ＸＰＳ；ｓｕｒｆａｃｅｏｘｉｄａｔｉｏｎ；ｓｕｒｆａｃｅｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ０引言ＧａＳ

5、ｂ材料属于Ⅲ－Ⅴ族化合物，由于Ⅲ族元素与Ⅴ族元素在化学性质上的差异，使得ＧａＳｂ材料ＧａＳｂ为直接带隙半导体材料，室温下禁带宽度的表面处理比硅材料要复杂得多。Ⅲ－Ⅴ族化合物为０．７２５ｅＶ。ＧａＳｂ晶格常数为０．６０９６ｎｍ，与为闪锌矿结构，由于化学键密度的不同，（１１１）面会ＩｎＡｓ（ａ＝０．６０５８ｎｍ）晶格匹配，可用于制备ＩｎＡｓ／形成两种晶面：（１１１）Ａ和（１１１）Ｂ面，每个晶面是完Ｇａ（Ｉｎ）ＳｂⅡ类超晶格红外探测器。通过调节Ｉｎ组全由Ｇａ原子或者完全由Ｓｂ原子构成。其中分的变化，ＩｎＡｓ／Ｇａ（Ｉｎ）Ｓｂ的禁带宽度可以覆盖（１１１）Ａ面的原子顺序先是一个平面的Ｇａ

6、原子，接［１］２～５０μｍ的红外波长范围，光谱响应范围广。另着是一个平面的Ｓｂ原子，（１１１）Ｂ面与之相反。由外，ＩｎＡｓ／Ｇａ（Ｉｎ）ＳｂⅡ类超晶格具有量子效率高、暗于极性的存在，（１１１）晶面在位错腐蚀过程中的压电电流小、探测率高、大尺寸成本低并具有较好的光谱效应表现不同，阳极氧化速率不同，进而表面氧化层调节能力等优势，被认为是继ＨｇＣｄＴｅ材料、量子厚度也不同。同理，在ＧａＳｂ材料的（１００）晶面也能阱探测器（ＱＷＩＰ）材料之后的第三代红外探测器的［３］观察到类似效应，即ＧａＳｂ材料的极性效应。［２］理想材料，具有广阔的发展前景。（１００）ＧａＳｂ抛光衬底大量用于研制红外

7、探测器，而收稿日期：２０１５－０２－１３．（１１０）和（１１１）晶向的ＧａＳｂ抛光衬底用于生长量子基金项目：国家自然科学基金项目（６１７４４１０４）．点材料等。降低这些衬底的表面粗糙度和氧化层厚·９２２·《半导体光电》２０１５年１２月第３６卷第６期程雨等：不同晶向ＧａＳｂ晶片表面化学组分及形貌分析度对于生长高质量外延材料是极其重要的。结合能很相近，约为０．３ｅＶ，两者均为非氧化物形本文利用Ｘ射